JP7338045B2 - Light Emitting Diode and Method of Forming Light Emitting Diode - Google Patents

Light Emitting Diode and Method of Forming Light Emitting Diode Download PDF

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Description

開示の分野
本開示は、III族窒化物半導体に関する。特に、本開示は、III族窒化物半導体を備える発光ダイオード(LED)に関する。
FIELD OF THE DISCLOSURE The present disclosure relates to III-nitride semiconductors. In particular, the present disclosure relates to light emitting diodes (LEDs) comprising III-nitride semiconductors.

背景
マイクロLEDアレイは、一般に、100×100μm以下のサイズを有するLEDのアレイとして定義される。マイクロLEDアレイは、スマートウォッチ、ヘッドウェアディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、カムコーダ、ビューファインダ、マルチサイト励起源、およびピコプロジェクタなどの様々なデバイスにおける使用に適したマイクロディスプレイ/プロジェクタ内の自己発光部品である。
Background A micro-LED array is generally defined as an array of LEDs having a size of 100×100 μm 2 or less. Micro LED arrays are self-illuminating components within microdisplays/projectors suitable for use in a variety of devices such as smartwatches, headwear displays, heads-up displays, camcorders, viewfinders, multi-site excitation sources, and picoprojectors. .

1つのタイプのマイクロLEDアレイは、III族窒化物から形成された複数のLEDを備える。III族窒化物LEDは、例えば、活性発光領域内にGaNならびにInNおよびAlNとのその合金を備える無機半導体LEDである。III族窒化物LEDは、従来の大面積LED、例えば発光層が有機化合物である有機発光ダイオード(OLED)よりも著しく高い電流密度で駆動することができ、より高い光パワー密度を放出することができる。結果として、所与の方向における光源の単位面積当たりに放出される光の量として定義されるより高いルミナンス(輝度)が、マイクロLEDを、高い輝度を必要とする、またはそれから恩恵を受ける用途に適したものにする。例えば、高輝度から恩恵を受ける用途は、高輝度環境のディスプレイまたはプロジェクタを含み得る。さらに、III族窒化物マイクロLEDアレイは、他の従来の大面積LEDと比較して、ルーメン毎ワット(lm/W)で表される比較的高い発光効率を有することが知られている。III族窒化物マイクロLEDアレイの比較的高い発光効率は、他の光源と比較して電力使用を低減し、マイクロLEDを携帯用デバイスに特に適したものにする。 One type of micro-LED array comprises a plurality of LEDs formed from group III-nitrides. III-nitride LEDs, for example, are inorganic semiconductor LEDs comprising GaN and its alloys with InN and AlN in the active light emitting region. III-nitride LEDs can be driven at significantly higher current densities and emit higher optical power densities than conventional large-area LEDs, such as organic light-emitting diodes (OLEDs), whose light-emitting layers are organic compounds. can. As a result, the higher luminance (brightness), defined as the amount of light emitted per unit area of the light source in a given direction, makes micro-LEDs suitable for applications requiring or benefiting from high brightness. make it suitable. For example, applications that benefit from high brightness may include displays or projectors in high brightness environments. In addition, III-nitride micro-LED arrays are known to have relatively high luminous efficiency, expressed in lumens per watt (lm/W), compared to other conventional large-area LEDs. The relatively high luminous efficiency of III-nitride micro-LED arrays reduces power usage compared to other light sources, making micro-LEDs particularly suitable for portable devices.

III族窒化物からマイクロLED、特にマイクロLEDアレイを形成するための1つの方法は、米国特許第7,087,932号に記載されているような選択領域成長(SAG)である。選択領域成長技術では、バッファ層上にマスクがパターニングされる。マスク内の材料は、成長条件において、追加の材料がマスク上に直接成長せず、下にあるバッファ層の表面の一部分を露出させる開口の内側のみに成長するようなものである。 One method for forming micro-LEDs, particularly micro-LED arrays, from III-nitrides is selective area growth (SAG) as described in US Pat. No. 7,087,932. In the selective area growth technique, a mask is patterned on the buffer layer. The material in the mask is such that the growth conditions are such that the additional material does not grow directly on the mask, but only inside the openings that expose a portion of the surface of the underlying buffer layer.

方向に沿って成長させたIII族窒化物の選択領域成長の別の注目すべき特徴は、成長温度、圧力、およびV/III比などの成長パラメータに応じて、c面としても知られる(0001)面に対する傾斜ファセットが、パターニングされたマスクの開口領域によって画定されるc面半導体の成長部分の周縁周りに得られることである。傾斜ファセットは、一般に、ウルツ鉱型結晶の Another notable feature of selective area growth of III-nitrides grown along the direction is also known as the c-plane (0001 ) facets are obtained around the perimeter of the c-plane semiconductor growth defined by the open areas of the patterned mask. Slanted facets are commonly found in wurtzite crystals.

Figure 0007338045000001
Figure 0007338045000001

に沿って配向され、c面(半極性面)と比較して低減した分極場を呈する。
本発明の目的は、LED前駆体を形成するための改善された方法、ならびに従来技術の方法およびアレイに関連する問題の少なくとも1つに対処する改善されたLED前駆体、または少なくともそれに対する商業的に有用な代替物を提供することである。
, exhibiting a reduced polarization field compared to the c-plane (semipolar plane).
It is an object of the present invention to provide an improved method for forming LED precursors and improved LED precursors that address at least one of the problems associated with prior art methods and arrays, or at least commercial products thereof. to provide a useful alternative to

開示の概要
本発明者らは、SAG方法が、製造される層/デバイスの幾何学的形状に大きく依存することを認識した。したがって、異なるマスク形状を有する基板に対して同じSAG製造プロセスを実行すると、開口サイズの局所的な変動に起因してドーピングプロファイルおよび層組成の望ましくない局所的な変動が生じる可能性がある。さらに、レイアウトの違いに起因して、異なる基板にわたるドーピングプロファイルおよび層組成の変動もあり得る。すなわち、SAGによって形成されたLEDデバイスの各層のドーピングプロファイル/合金組成は、デバイスの幾何学的形状に依存し得る。その結果、デバイスまたはデバイスのアレイの幾何学的形状のわずかな変化が、デバイスの各層のSAGプロセスが再度較正されることを必要とし得る。
SUMMARY OF THE DISCLOSURE The inventors have recognized that the SAG method is highly dependent on the geometry of the layers/devices being fabricated. Therefore, performing the same SAG fabrication process on substrates with different mask geometries can result in undesirable local variations in doping profiles and layer compositions due to local variations in aperture size. Additionally, there may be variations in doping profiles and layer compositions across different substrates due to layout differences. That is, the doping profile/alloy composition of each layer of an LED device formed by SAG can depend on the geometry of the device. As a result, slight changes in the geometry of the device or array of devices may require the SAG process for each layer of the device to be recalibrated.

さらに、本発明者らは、SAGプロセス中に、マスク層からの材料が堆積構造に組み込まれ得ることを認識した。例えば、マスキング層内の要素が、製造中にSAGによって成長した材料に拡散し、成長したLED構造の望ましくないドーピングをもたらす可能性がある。特に、SiまたはO(例えば、SiN、SiO )を含むマスキング層は、SAGによって成長させたIII族窒化物層のSiまたはOドーパントの供給源をもたらし得る。 Additionally, the inventors have recognized that during the SAG process, material from the mask layer can be incorporated into the deposited structure. For example, elements in the masking layer can diffuse into the SAG-grown material during fabrication, resulting in undesirable doping of the grown LED structure. In particular, masking layers containing Si or O (eg, SiN x , SiO 2 ) can provide sources of Si or O dopants for III-nitride layers grown by SAG.

本開示の第1の態様によれば、発光ダイオード前駆体を形成する方法が提供される。本方法は、
(a)基板上にIII族窒化物を備える第1の半導体層を形成するステップであって、第1の半導体層は、基板に対して第1の半導体層の反対側に成長表面を有する、第1の半導体層を形成するステップと、
(b)第1の半導体層の成長表面がメサ表面およびバルク半導体層表面を備えるように、第1の半導体層の一部分を選択的に除去してメサ構造を形成するステップと、
(c)メサ表面およびバルク半導体表面を覆うように、第1の半導体層の成長表面上にモノリシックLED構造を形成するステップであって、モノリシックLED構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備え、複数の層は、
第2の半導体層、
第2の半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLED構造を形成するステップと
を備え、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層の第2の部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分を囲む。
According to a first aspect of the present disclosure, a method of forming a light emitting diode precursor is provided. The method is
(a) forming a first semiconductor layer comprising a III-nitride on a substrate, the first semiconductor layer having a growth surface opposite the first semiconductor layer with respect to the substrate; forming a first semiconductor layer;
(b) selectively removing portions of the first semiconductor layer to form a mesa structure such that the growth surface of the first semiconductor layer comprises a mesa surface and a bulk semiconductor layer surface;
(c) forming a monolithic LED structure on the growth surface of the first semiconductor layer overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED structure comprising a plurality of layers, each layer comprising a Group III nitride; comprising a plurality of layers,
a second semiconductor layer;
forming a monolithic LED structure comprising: an active layer overlying a second semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer overlying the active layer. wherein a potential barrier is provided between a first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface and a second portion of the p-type semiconductor layer overlying the bulk semiconductor surface, the potential barrier comprising , surrounds a first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface.

SAG方法では、モノリシックLED構造をバッファ層の露出部分上に成長させることができる。モノリシックLED構造は、マスク層によって覆われたバッファ層の部分上には成長しない。第1の態様の方法では、モノリシックLED構造は、マスク層の存在なしに基板上に過成長される。したがって、モノリシックLED構造を製造する方法は、マスクレス過成長方法である。これにより、第1の半導体層の成長表面上にモノリシックLED構造が形成される。したがって、モノリシックLED構造の層は、第1の半導体層のメサ表面およびバルク半導体表面を覆うように成長表面上に形成される。 In the SAG method, a monolithic LED structure can be grown on exposed portions of the buffer layer. A monolithic LED structure is not grown on the portion of the buffer layer covered by the mask layer. In the method of the first aspect, a monolithic LED structure is overgrown on a substrate without the presence of a mask layer. Therefore, the method of manufacturing monolithic LED structures is a maskless overgrowth method. This forms a monolithic LED structure on the growth surface of the first semiconductor layer. Thus, the layers of the monolithic LED structure are formed on the growth surface overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface of the first semiconductor layer.

成長表面上に形成されたメサ構造は、モノリシックLED構造の幾何学的形状を規定するのに役立つ。したがって、既知のSAG方法とは対照的に、LED構造の選択的成長のための開口を画定するためにマスク層は必要とされない。むしろ、モノリシックLED構造は、メサ構造を覆うように成長表面の上に成長される。メサ構造を覆うことによって、形成されたモノリシックLED構造は、当該技術分野において知られているSAG法によって成長されたモノリシックLED構造と同様の傾斜ファセットを有することができる。 The mesa structure formed on the growth surface helps define the geometry of the monolithic LED structure. Thus, in contrast to known SAG methods, no masking layer is required to define openings for selective growth of LED structures. Rather, a monolithic LED structure is grown over the growth surface overlying the mesa structure. By covering the mesa structure, the monolithic LED structure formed can have slanted facets similar to monolithic LED structures grown by SAG methods known in the art.

有利には、第1の態様の方法は、マスク層の存在なしにモノリシックLED構造を成長表面上に形成することを可能にする。したがって、第1の態様の方法は、材料のリサイクルおよびマスク層の汚染に関連する問題を低減または排除する。 Advantageously, the method of the first aspect allows monolithic LED structures to be formed on a growth surface without the presence of masking layers. Accordingly, the method of the first aspect reduces or eliminates problems associated with material recycling and mask layer contamination.

第1の態様の方法は、傾斜した側壁によって囲まれた実質的に平坦な上面を有するモノリシックLED構造をもたらすことが理解されよう。したがって、モノリシックLED構造は、実質的に台形の断面を有することができる。そのような台形断面は、台形断面の傾斜した側壁がLED前駆体の発光面に向けてより大きい割合の光を導くことができるため、光抽出効率を高めることができる。 It will be appreciated that the method of the first aspect results in a monolithic LED structure having a substantially flat top surface surrounded by sloped sidewalls. Thus, a monolithic LED structure can have a substantially trapezoidal cross-section. Such a trapezoidal cross-section can enhance light extraction efficiency because the sloping sidewalls of the trapezoidal cross-section can direct a greater proportion of the light toward the emitting surface of the LED precursor.

さらに、第1の態様の方法は、メサ表面およびバルク半導体表面を含む成長表面全体にわたるモノリシックLED構造の層の形成を含む。モノリシックLED構造の層は、SAGと同様の製造プロセスを使用して形成することができる。しかしながら、第1の態様の方法では、モノリシックLED構造の層は、成長表面全体にわたって形成される(すなわち、マスク層が存在しない)。したがって、モノリシックLED構造の層の形成は、形成されるLED前駆体の幾何学的形状の変動に対する感受性が低い。その結果、LED前駆体を形成する方法は、デバイスの幾何学的形状が変更されるたびにモノリシックLED前駆体の層を形成するために実行される較正プロセスを低減または排除することができる。 Additionally, the method of the first aspect includes forming layers of the monolithic LED structure over the entire growth surface, including the mesa surface and the bulk semiconductor surface. The layers of the monolithic LED structure can be formed using manufacturing processes similar to SAG. However, in the method of the first aspect, the layers of the monolithic LED structure are formed over the entire growth surface (ie, no mask layers are present). Formation of the layers of a monolithic LED structure is therefore less sensitive to variations in the geometry of the formed LED precursor. As a result, the method of forming LED precursors can reduce or eliminate calibration processes performed to form layers of monolithic LED precursors each time the geometry of the device is changed.

特に、第1の態様の方法では、LED前駆体の幾何学的形状は、形成されるメサ構造の幾何学的形状によって影響され得る。例えば、台形断面を有するLED前駆体を形成する場合、メサ構造の高さおよび表面積は、形成されるLED前駆体の所望の高さおよび表面積を制御するために変化させることができる。したがって、形成されるLED前駆体のアスペクト比は、選択的除去ステップを使用して調整することができる。モノリシックLED構造がメサ構造の上に堆積される後続のステップは、LED前駆体のアスペクト比に関係なく、一定に保つことができる。対照的に、SAGプロセスでは、LED構造の台形断面のアスペクト比を変更すると、堆積ステップのうちの1つ以上を再較正する必要があり得る。 In particular, in the method of the first aspect, the geometry of the LED precursor can be influenced by the geometry of the mesa structure formed. For example, when forming an LED precursor having a trapezoidal cross-section, the height and surface area of the mesa structure can be varied to control the desired height and surface area of the formed LED precursor. Therefore, the aspect ratio of the formed LED precursor can be adjusted using selective removal steps. Subsequent steps in which a monolithic LED structure is deposited over the mesa structure can be kept constant regardless of the aspect ratio of the LED precursor. In contrast, in the SAG process, changing the aspect ratio of the trapezoidal cross-section of the LED structure may require recalibrating one or more of the deposition steps.

SAG技術とは異なり、モノリシックLED構造は、バルク半導体層表面全体を含む成長表面全体にわたって成長することが理解されよう。メサ構造によって画定されるモノリシックLED構造の部分内に電荷担体を閉じ込めるために、モノリシックLED構造のp型層にポテンシャル障壁が設けられる。p型層は、p型層の第1の部分を通って流れる電荷担体を閉じ込める(すなわち、電荷担体をメサ構造内に閉じ込める)ために、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分とバルク半導体表面を覆うp型半導体層の第2の部分との間に設けられる。 It will be appreciated that unlike SAG technology, monolithic LED structures are grown over the entire growth surface, including the entire bulk semiconductor layer surface. A potential barrier is provided in the p-type layer of the monolithic LED structure to confine the charge carriers within the portion of the monolithic LED structure defined by the mesa structure. The p-type layer includes a first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface to confine charge carriers flowing through the first portion of the p-type layer (i.e., confine the charge carriers within the mesa structure). It is provided between the second portion of the p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface.

LED前駆体における「前駆体」という用語では、記載されているLED前駆体が必ずしも、光の放出を可能にするようなLEDの電気接点も、関連する回路も含まないことに留意されたい。無論、第1の態様のLED前駆体を形成する方法は、さらなる電気接点および関連する回路の追加を排除するものではない。したがって、本開示における前駆体という用語の使用は、最終製品(すなわち、LED、LEDアレイなど)を含むことを意図している。 Note that with the term "precursor" in LED precursors, the LED precursors being described do not necessarily include the LED's electrical contacts or associated circuitry that enable light emission. Of course, the method of forming the LED precursor of the first aspect does not exclude the addition of additional electrical contacts and associated circuitry. Accordingly, use of the term precursor in this disclosure is intended to include the final product (ie, LED, LED array, etc.).

いくつかの実施形態では、第1の半導体層は、n型ドープ半導体層であってもよい。すなわち、第1の半導体層は、電子供与体ドーパントを含んでもよい。 In some embodiments, the first semiconductor layer may be an n-type doped semiconductor layer. That is, the first semiconductor layer may include an electron donor dopant.

いくつかの実施形態では、第2の半導体層は、n型ドープ半導体層であってもよい。第1の半導体層がn型ドープ半導体層を備えるいくつかの実施形態では、第2の半導体層は、より低い密度の電子供与体を含んでもよい。 In some embodiments, the second semiconductor layer may be an n-type doped semiconductor layer. In some embodiments in which the first semiconductor layer comprises an n-type doped semiconductor layer, the second semiconductor layer may contain a lower density of electron donors.

代替的に、いくつかの実施形態では、第2の半導体層は、非ドープIII族窒化物を備える。第2の半導体層を非ドープ層(すなわち、意図的なドーピングを含まない)(または電荷担体密度がより低い)として提供することによって、結果として得られるモノリシックLED構造の抵抗率を、LED構造の側壁領域において増加させることができる。したがって、電荷担体をメサ構造内に、およびメサ表面上に設けられた複数の層を通してより効率的に閉じ込めることができ、それによってLEDの効率を高めることができる。 Alternatively, in some embodiments, the second semiconductor layer comprises undoped Group III-nitrides. By providing the second semiconductor layer as an undoped layer (i.e., containing no intentional doping) (or having a lower charge carrier density), the resistivity of the resulting monolithic LED structure is reduced to that of the LED structure. It can be increased in the sidewall region. Therefore, charge carriers can be more effectively confined within the mesa structure and through multiple layers provided on the mesa surface, thereby increasing the efficiency of the LED.

いくつかの実施形態では、第2の半導体層は、成長表面上に形成されて、第1の半導体層のメサ表面上の第2の半導体層の一部分と、第1の半導体層のバルク半導体表面上の第2の半導体層の一部分との間に延在する傾斜した側壁を提供する。したがって、第2の半導体層を第1の半導体層のメサ構造上に過成長させて、メサ表面を備え、LEDの活性層を上に形成することができる傾斜した側壁によって囲まれたIII族窒化物半導体層を提供することができる。重要なことに、この構造は、マスク層の存在なしで形成され得る。 In some embodiments, the second semiconductor layer is formed on the growth surface to form a portion of the second semiconductor layer on the mesa surface of the first semiconductor layer and a bulk semiconductor surface of the first semiconductor layer. Provide sloped sidewalls extending between and a portion of the second semiconductor layer above. Thus, a second semiconductor layer is overgrown on the mesa structure of the first semiconductor layer to provide a III-nitride layer with a mesa surface and surrounded by sloped sidewalls on which the active layers of the LED can be formed. A semiconductor layer can be provided. Importantly, this structure can be formed without the presence of a mask layer.

いくつかの実施形態では、活性層は、第1の波長の光を生成するように構成される。例えば、活性層は、少なくとも400nmの波長を有する光を生成するように構成されてもよい。したがって、活性層は、LEDディスプレイでの使用に適した可視光を生成することができる。いくつかの実施形態では、活性層は、700nm以下の波長を有する光を生成することができる。いくつかの実施形態では、活性層は、複数の量子井戸(多重量子井戸層)を備え得る。 In some embodiments, the active layer is configured to generate light of the first wavelength. For example, the active layer may be configured to generate light having a wavelength of at least 400 nm. Accordingly, the active layer is capable of producing visible light suitable for use in LED displays. In some embodiments, the active layer is capable of producing light having wavelengths of 700 nm or less. In some embodiments, the active layer may comprise multiple quantum wells (multi-quantum well layer).

本開示の実施形態によれば、電荷担体をメサ構造内に閉じ込めるためのp型層内のポテンシャル障壁は、いくつかの方法で提供することができる。 According to embodiments of the present disclosure, a potential barrier within the p-type layer for confining charge carriers within the mesa structure can be provided in several ways.

いくつかの実施形態では、p型半導体層はAlを備え、p型半導体層の第1の部分とp型半導体層の第2の部分との間にポテンシャル障壁が提供されるように、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分よりも高濃度のAlがp型半導体層の側壁部分に組み込まれるように形成される。 In some embodiments, the p-type semiconductor layer comprises Al and the mesa surface is Al having a higher concentration than that of the first portion of the p-type semiconductor layer covering is incorporated into the sidewall portion of the p-type semiconductor layer.

いくつかの実施形態では、メサ構造を覆うp型半導体層の第1の部分を取り囲むp型半導体層の一部分が選択的に除去される。例えば、p型半導体層の一部分がエッチングにより選択的に除去されてもよい。いくつかの実施形態では、選択的に除去されるメサ構造を取り囲むp型半導体層の部分は、p型半導体層の厚さを部分的にのみ貫通してもよい。したがって、p型半導体層の残りの部分は、より高い抵抗を有する比較的薄い区画を含むことができ、それによってポテンシャル障壁を提供する。いくつかの実施形態では、選択的に除去されるメサ構造を取り囲むp型半導体層の部分は、少なくともp型半導体層の厚さを通じて延在してもよい。したがって、形成されるポテンシャル障壁は、結果として生じる空隙によって画定され得、または空隙は、続いて絶縁材料によって充填され得る。 In some embodiments, a portion of the p-type semiconductor layer surrounding the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa structure is selectively removed. For example, a portion of the p-type semiconductor layer may be selectively removed by etching. In some embodiments, the portion of the p-type semiconductor layer surrounding the mesa structure that is selectively removed may only partially penetrate the thickness of the p-type semiconductor layer. Thus, the remaining portion of the p-type semiconductor layer can include relatively thin sections with higher resistance, thereby providing potential barriers. In some embodiments, the portion of the p-type semiconductor layer surrounding the mesa structure that is selectively removed may extend at least through the thickness of the p-type semiconductor layer. Thus, the potential barriers formed may be defined by the resulting air gaps, or the air gaps may subsequently be filled with an insulating material.

本開示の第2の態様によれば、LEDアレイ前駆体を形成する方法が提供される。本方法は、
(a)基板上にIII族窒化物を備える第1の半導体層を形成するステップであって、第1の半導体層は、基板に対して第1の半導体層の反対側に成長表面を有する、第1の半導体層を形成するステップと、
(b)第1の半導体層の成長表面が複数のメサ表面およびバルク半導体層表面を備えるように、第1の半導体層の一部分を選択的に除去して複数のメサ構造を形成するステップと、
(c)メサ表面およびバルク半導体表面を覆うように、第1の半導体層の成長表面上にモノリシックLEDアレイ構造を形成するステップであって、モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物から形成され、複数の層は、
n型半導体層、
n型半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLEDアレイ構造を形成するステップと
を備え、各メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層のバルク部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の各メサ部分を囲む。
According to a second aspect of the disclosure, a method of forming an LED array precursor is provided. The method is
(a) forming a first semiconductor layer comprising a III-nitride on a substrate, the first semiconductor layer having a growth surface opposite the first semiconductor layer with respect to the substrate; forming a first semiconductor layer;
(b) selectively removing portions of the first semiconductor layer to form a plurality of mesa structures such that the growth surface of the first semiconductor layer comprises a plurality of mesa surfaces and bulk semiconductor layer surfaces;
(c) forming a monolithic LED array structure on the growth surface of the first semiconductor layer overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED array structure comprising a plurality of layers, each layer III a group nitride, the plurality of layers comprising:
n-type semiconductor layer,
Forming a monolithic LED array structure comprising: an active layer overlying an n-type semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer overlying the active layer. wherein a potential barrier is provided between a first portion of the p-type semiconductor layer overlying each mesa surface and a bulk portion of the p-type semiconductor layer overlying the bulk semiconductor surface, the potential barrier comprising: A p-type semiconductor layer covering the mesa surface surrounds each mesa portion.

本開示の第2の態様による方法は、基板上に複数のモノリシックLED構造を形成する方法を提供し、形成されるモノリシック構造の各々は、本開示の第1の態様の方法によって形成されるものと同様である。したがって、第2の態様による方法は、第1の態様に関して上述したすべての重要な特徴を含むことができる。 A method according to the second aspect of the disclosure provides a method of forming a plurality of monolithic LED structures on a substrate, each monolithic structure formed being formed by the method of the first aspect of the disclosure. is similar to The method according to the second aspect can therefore include all the important features mentioned above with respect to the first aspect.

アレイとは、複数のLEDが形成されることを意味し、LEDは、モノリシック構造全体にわたって意図的に離間され、典型的には、LEDの六方最密充填アレイまたは正方形充填アレイなどの規則的なアレイを形成する。 Array means that a plurality of LEDs are formed, the LEDs intentionally spaced throughout the monolithic structure, typically in a regular such as a hexagonally close-packed or square-packed array of LEDs. Form an array.

本開示の第3の態様によれば、LED前駆体が提供される。LED前駆体は、第1の半導体層と、モノリシックLED構造とを備える。第1の半導体層はIII族窒化物を備え、第1の半導体層は、バルク半導体表面およびメサ表面を含む成長表面を画定するように第1の半導体層の主面から延在するメサ構造を含む。モノリシックLED構造は、モノリシックLED構造がメサ表面およびバルク半導体表面を覆うように、第1の半導体層の成長表面上に設けられる。モノリシックLED構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備え、複数の層は、n型半導体層、n型半導体層上に設けられ、光を生成するように構成された活性層、および、活性層上に設けられたp型半導体層を含む。メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層の第2の部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分を囲む。 According to a third aspect of the disclosure, an LED precursor is provided. The LED precursor comprises a first semiconductor layer and a monolithic LED structure. The first semiconductor layer comprises a III-nitride, the first semiconductor layer having a mesa structure extending from a major surface of the first semiconductor layer to define a growth surface including a bulk semiconductor surface and a mesa surface. include. A monolithic LED structure is provided on the growth surface of the first semiconductor layer such that the monolithic LED structure covers the mesa surface and the bulk semiconductor surface. The monolithic LED structure comprises a plurality of layers, each layer comprising a III-nitride, the plurality of layers comprising an n-type semiconductor layer, an active layer overlying the n-type semiconductor layer and configured to generate light; and a p-type semiconductor layer provided on the active layer. A potential barrier is provided between a first portion of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface and a second portion of the p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface, the potential barrier being p surrounds the first portion of the semiconductor layer.

第3の態様によるLED前駆体は、第1の態様の方法によって形成され得るLED前駆体を提供する。したがって、第3の態様によるLED前駆体は、上述した第1の態様の重要な特徴のすべてに対応する特徴を組み込むことができる。 An LED precursor according to the third aspect provides an LED precursor that can be formed by the method of the first aspect. Thus, an LED precursor according to the third aspect can incorporate features corresponding to all of the important features of the first aspect described above.

いくつかの実施形態では、(バルク半導体表面26に垂直な)メサ構造の高さは、メサ表面の断面幅以上である。すなわち、バルク半導体表面26に垂直な少なくとも1つの面において、メサ構造の高さは、メサ表面の断面幅以上である。したがって、メサ構造の断面幅に対するメサ構造の高さは、LEDからの光抽出効率を高めるように最適化されたアスペクト比を有するLED前駆体を提供することができる。 In some embodiments, the height of the mesa structure (perpendicular to bulk semiconductor surface 26) is greater than or equal to the cross-sectional width of the mesa surface. That is, in at least one plane perpendicular to bulk semiconductor surface 26, the height of the mesa structure is greater than or equal to the cross-sectional width of the mesa surface. Therefore, the height of the mesa structure relative to the cross-sectional width of the mesa structure can provide an LED precursor with an optimized aspect ratio to enhance light extraction efficiency from the LED.

本開示の第4の態様によれば、LEDアレイ前駆体が提供される。発光ダイオードアレイ前駆体は、第1の半導体層と、モノリシックLEDアレイ構造とを備える。第1の半導体層はIII族窒化物を備え、第1の半導体層は、複数のメサ構造を含み、各メサ構造は、バルク半導体表面および複数のメサ表面を含む成長表面を画定するように第1の半導体層の主面から延在する。モノリシックLEDアレイ構造は、モノリシックLEDアレイ構造がメサ表面の各々およびバルク半導体表面を覆うように、第1の半導体層の成長表面上に設けられる。モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物からを備え、複数の層は、n型半導体層、n型半導体層上に設けられ、光を生成するように構成された活性層、および、活性層上に設けられたp型半導体層を含む。メサ表面の各々を覆うp型半導体層のメサ部分と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層のバルク部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層のメサ部分の各々を囲む。 According to a fourth aspect of the present disclosure, an LED array precursor is provided. A light emitting diode array precursor comprises a first semiconductor layer and a monolithic LED array structure. The first semiconductor layer comprises a III-nitride, the first semiconductor layer including a plurality of mesa structures, each mesa structure first grown to define a growth surface including a bulk semiconductor surface and a plurality of mesa surfaces. It extends from the major surface of the first semiconductor layer. A monolithic LED array structure is provided on the growth surface of the first semiconductor layer such that the monolithic LED array structure covers each of the mesa surfaces and the bulk semiconductor surface. The monolithic LED array structure comprises a plurality of layers, each layer comprising a III-nitride, the plurality of layers comprising an n-type semiconductor layer, an active layer overlying the n-type semiconductor layer and configured to generate light. and a p-type semiconductor layer provided on the active layer. A potential barrier is provided between the mesa portion of the p-type semiconductor layer covering each of the mesa surfaces and the bulk portion of the p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface, the potential barrier being the p-type semiconductor covering the mesa surface. Surrounding each mesa portion of the layer.

第4の態様によるLED前駆体アレイは、第2の態様の方法によって形成され得るLED前駆体アレイを提供する。したがって、第4の態様によるLED前駆体アレイは、第3の態様による複数のLEDを含んでもよい。したがって、LED前駆体アレイは、上述した第1の態様の重要な特徴のすべてに対応する特徴を組み込むことができる。 An LED precursor array according to the fourth aspect provides an LED precursor array that can be formed by the method of the second aspect. Accordingly, an LED precursor array according to the fourth aspect may include a plurality of LEDs according to the third aspect. Accordingly, the LED precursor array can incorporate features corresponding to all of the important features of the first aspect described above.

図面の簡単な説明
ここで、本開示を、以下の非限定的な図面に関連して説明する。本開示のさらなる利点は、図面と併せて考慮すると、詳細な説明を参照することによって明らかである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The disclosure will now be described with reference to the following non-limiting drawings. Further advantages of the present disclosure will become apparent by reference to the detailed description when considered in conjunction with the drawings.

メサ構造を含む第1の半導体層が設けられる、本開示の一実施形態による方法の中間ステップの図である。Fig. 3 shows an intermediate step of a method according to an embodiment of the present disclosure, in which a first semiconductor layer comprising a mesa structure is provided; 過成長した第2の半導体層を有する第1の半導体層が設けられる、本開示の一実施形態による方法の中間ステップの図である。FIG. 3B illustrates an intermediate step of a method according to an embodiment of the present disclosure, in which a first semiconductor layer with an overgrown second semiconductor layer is provided; モノリシックLED構造が第1の半導体層上に設けられる、本開示の一実施形態による方法の中間ステップの図である。FIG. 3B illustrates an intermediate step of a method according to an embodiment of the present disclosure, in which a monolithic LED structure is provided on a first semiconductor layer; マスク層が図3の中間構造上に設けられる、本開示の一実施形態による方法の中間ステップの図である。Figure 4 shows an intermediate step of a method according to an embodiment of the present disclosure, in which a mask layer is provided over the intermediate structure of Figure 3; 本開示の一実施形態によるLED前駆体の図である。1 is a diagram of an LED precursor according to one embodiment of the present disclosure; FIG. モノリシックLED構造が第1の半導体層上に設けられる、本開示の一実施形態による方法の中間ステップの図である。FIG. 3B illustrates an intermediate step of a method according to an embodiment of the present disclosure, in which a monolithic LED structure is provided on a first semiconductor layer; 本開示の別の実施形態によるLED前駆体の図である。FIG. 4 is a diagram of an LED precursor according to another embodiment of the present disclosure; 図8aは第1の半導体層のメサ構造のSEM画像を示す図である。図8bは第1の半導体層のメサ構造のSEM画像を示す図である。図8cは過成長モノリシックLEDアレイ構造のSEM画像を示す図である。図8dは過成長モノリシックLEDアレイ構造のSEM画像を示す図である。FIG. 8a shows an SEM image of the mesa structure of the first semiconductor layer. FIG. 8b shows an SEM image of the mesa structure of the first semiconductor layer. FIG. 8c shows an SEM image of an overgrown monolithic LED array structure. FIG. 8d shows an SEM image of an overgrown monolithic LED array structure. 六角形の充填パターンを有する過成長モノリシックLEDアレイ構造のSEM画像を示す図である。FIG. 10 shows an SEM image of an overgrown monolithic LED array structure with a hexagonal fill pattern; 複数のメサ構造と過成長した第2の半導体層とを含む第1の半導体層の断面SEM像を示す図である。FIG. 3 is a cross-sectional SEM image of a first semiconductor layer including a plurality of mesa structures and an overgrown second semiconductor layer; 複数のメサ構造と過成長した第2の半導体層とを含む第1の半導体層のさらなる断面SEM像を示す図である。FIG. 10 is a further cross-sectional SEM image of a first semiconductor layer comprising a plurality of mesa structures and an overgrown second semiconductor layer;

詳細な説明
本開示の一実施形態によれば、LED1を形成する方法が提供される。ここで、LEDの形成方法について図1~図4を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION According to one embodiment of the present disclosure, a method of forming an LED 1 is provided. Here, a method for forming an LED will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

図1に示すように、その上にLEDを形成するための基板10を設けることができる。基板は、III族窒化物電子デバイスの形成に適した任意の基板10であってもよい。例えば、基板10は、サファイア基板であってもよく、または、シリコン基板であってもよい。基板は、III族窒化物層の形成に適した基板表面を提供するように構成された1つ以上のバッファ層を備えることができる。 As shown in FIG. 1, a substrate 10 may be provided for forming LEDs thereon. The substrate may be any substrate 10 suitable for forming III-nitride electronic devices. For example, substrate 10 may be a sapphire substrate or a silicon substrate. The substrate can comprise one or more buffer layers configured to provide a substrate surface suitable for forming a III-nitride layer.

基板表面上に第1の半導体層20を形成することができる。第1の半導体層20はIII族窒化物を備える。いくつかの実施形態では、第1の半導体層は、n型ドープされてもよい。他の実施形態では、半導体層は意図的にドープされなくてもよい。 A first semiconductor layer 20 may be formed on the substrate surface. The first semiconductor layer 20 comprises group III-nitrides. In some embodiments, the first semiconductor layer may be n-type doped. In other embodiments, the semiconductor layer may not be intentionally doped.

例えば、図1の実施形態では、第1の半導体層20はGaNを備える。GaNは、適切なドーパント、例えばSiまたはGeを使用してn型ドープされてもよい。第1の半導体層20は、III族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)または分子線エピタキシ(MBE)を使用して堆積されてもよい。第1の半導体層20は、基板10に対して第1の半導体層20の反対側の、第1の半導体層20の表面である第1の表面を有する。第1の表面は、LED構造の層が上に堆積される成長表面22の少なくとも一部分を形成するために使用される。 For example, in the embodiment of FIG. 1, first semiconductor layer 20 comprises GaN. GaN may be n-type doped using a suitable dopant such as Si or Ge. The first semiconductor layer 20 may be deposited using any suitable process for manufacturing Group III-nitride thin films, such as metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). good. The first semiconductor layer 20 has a first surface, which is the surface of the first semiconductor layer 20 opposite the first semiconductor layer 20 with respect to the substrate 10 . The first surface is used to form at least a portion of the growth surface 22 on which the layers of the LED structure are deposited.

いくつかの実施形態では、第1の半導体層20は、基板の表面に平行に設けられた(0001)結晶面を有する基板上に形成されてもよい。 In some embodiments, the first semiconductor layer 20 may be formed on a substrate having (0001) crystal planes oriented parallel to the surface of the substrate.

第1の半導体層20の成長表面22は、その後、選択的除去プロセスを用いて成形されてもよい。したがって、第1の半導体層20の成長表面22がメサ表面25およびバルク半導体層表面26を備えるように、第1の半導体層20の部分が選択的に除去されて、メサ構造24が形成される。 The growth surface 22 of the first semiconductor layer 20 may then be shaped using a selective removal process. Accordingly, portions of first semiconductor layer 20 are selectively removed to form mesa structure 24 such that growth surface 22 of first semiconductor layer 20 comprises mesa surface 25 and bulk semiconductor layer surface 26 . .

例えば、図1において、成長表面22は、エッチングプロセスを使用して成形することができる。エッチングプロセスにおいて、メサ画定マスク層(図示せず)を、第1の半導体層20の第1の表面上に堆積することができる。メサ画定マスク層は、成長表面のメサ表面25を形成するように意図された第1の半導体層20の部分をマスクするように構成される。次いで、第1の半導体層20のマスクされていない部分をエッチャントを用いて選択的に除去することができる。エッチャントは、第1の半導体層20の一部分をエッチング除去して、第1の半導体層20のバルク半導体層表面26を露出させることができる。すなわち、エッチャントは、第1の半導体層20の厚さを完全にエッチングして基板10を下方に露出させなくてもよい。次いで、メサ画定マスク層を第1の半導体層から除去することができる。上記のプロセスに従うことによって、第1の半導体層20は、例えば図1に示すように、バルク半導体層表面26上にモノリシックに設けられたメサ構造24を提供するように成形することができる。 For example, in FIG. 1, growth surface 22 can be shaped using an etching process. A mesa-defining mask layer (not shown) may be deposited on the first surface of the first semiconductor layer 20 in an etching process. The mesa-defining mask layer is configured to mask the portion of the first semiconductor layer 20 intended to form the mesa surface 25 of the growth surface. The unmasked portions of first semiconductor layer 20 can then be selectively removed using an etchant. The etchant may etch away portions of first semiconductor layer 20 to expose bulk semiconductor layer surface 26 of first semiconductor layer 20 . That is, the etchant does not have to etch through the thickness of the first semiconductor layer 20 to expose the substrate 10 underneath. The mesa-defining mask layer may then be removed from the first semiconductor layer. By following the process described above, the first semiconductor layer 20 can be shaped to provide a mesa structure 24 monolithically disposed on the bulk semiconductor layer surface 26, as shown, for example, in FIG.

いくつかの実施形態では、第1の半導体層20のメサ表面部分は選択的に除去されなくてもよい。したがって、基板10に対するメサ表面25の配向は、選択的除去ステップ後に不変であり得る。したがって、メサ表面25は、基板の表面に平行であり得る。いくつかの実施形態では、バルク半導体表面26も基板10と実質的に平行になるように、第1の半導体層がエッチングされる。したがって、第1の半導体層20のメサ表面25およびバルク半導体表面26は両方とも、互いに実質的に平行な表面であり得る。いくつかの実施形態では、メサ表面25およびバルク半導体表面26は、第1の半導体層20を形成するIII族窒化物の(0001)面に配向することができる。 In some embodiments, mesa surface portions of first semiconductor layer 20 may not be selectively removed. Therefore, the orientation of mesa surface 25 with respect to substrate 10 may remain unchanged after the selective removal step. Therefore, the mesa surface 25 can be parallel to the surface of the substrate. In some embodiments, the first semiconductor layer is etched such that bulk semiconductor surface 26 is also substantially parallel to substrate 10 . Accordingly, both the mesa surface 25 and the bulk semiconductor surface 26 of the first semiconductor layer 20 can be surfaces that are substantially parallel to each other. In some embodiments, mesa surface 25 and bulk semiconductor surface 26 may be oriented with the (0001) plane of the Group III-nitride forming first semiconductor layer 20 .

図1において、メサ構造24は、バルク半導体表面26およびメサ表面25に対して実質的に垂直な側壁を有して示されている。他の実施形態では、メサ構造24は、傾斜した側壁を有して形成されてもよい。例えば、異なるエッチャントを使用して、選択的除去プロセス中に形成される側壁の形状を制御することができる。 In FIG. 1, mesa structure 24 is shown having sidewalls substantially perpendicular to bulk semiconductor surface 26 and mesa surface 25 . In other embodiments, mesa structure 24 may be formed with sloped sidewalls. For example, different etchants can be used to control the shape of the sidewalls formed during the selective removal process.

次に、第1の半導体層20の成長表面22上にモノリシックLED構造を形成することができる。モノリシックLED構造は、メサ表面25およびバルク半導体層表面26を覆う。モノリシックLED構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備える。いくつかの実施形態では、III族窒化物は、AlInGaN、AlGaN、InGaNおよびGaNのうちの1つ以上を備える。 A monolithic LED structure can then be formed on the growth surface 22 of the first semiconductor layer 20 . A monolithic LED structure covers the mesa surface 25 and the bulk semiconductor layer surface 26 . A monolithic LED structure comprises multiple layers, each layer comprising a group III-nitride. In some embodiments, the III-nitride comprises one or more of AlInGaN, AlGaN, InGaN and GaN.

モノリシックLED構造は、単一部品として形成されたLED構造の提供を参照する。すなわち、モノリシックLED構造は、第1の半導体層上に単一部品として形成される。 A monolithic LED structure refers to providing an LED structure that is formed as a single piece. That is, a monolithic LED structure is formed as a single piece on the first semiconductor layer.

本開示の一実施形態では、図2に示すように、第2の半導体層30を第1の半導体層20上に堆積させることができる。第2の半導体層30は、基板10に対して第1の半導体層20の反対側で、第1の半導体層20上に形成される。したがって、第2の半導体層30は、モノリシックLED構造の複数の層のうちの第1の層を形成する。参考までに、図2は、図1の成長表面22の輪郭を破線として概略的に示している。 In one embodiment of the present disclosure, a second semiconductor layer 30 may be deposited over the first semiconductor layer 20, as shown in FIG. A second semiconductor layer 30 is formed on the first semiconductor layer 20 on the opposite side of the substrate 10 from the first semiconductor layer 20 . The second semiconductor layer 30 thus forms the first of the layers of the monolithic LED structure. For reference, FIG. 2 schematically shows the contour of the growth surface 22 of FIG. 1 as a dashed line.

第2の半導体層30は、III族窒化物を成長させるための任意の適切な成長方法によって成長表面22上に形成されてもよい。図2の実施形態では、第2の半導体層30は、成長表面22の上にモノリシックに形成される(すなわち、過成長方法)。第2の半導体層30は、成長表面22の実質的に全体を覆う連続層として形成されてもよい。第2の半導体層30は、III族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)または分子線エピタキシ(MBE)を使用して堆積されてもよい。 Second semiconductor layer 30 may be formed on growth surface 22 by any suitable growth method for growing Group III-nitrides. In the embodiment of FIG. 2, second semiconductor layer 30 is monolithically formed over growth surface 22 (ie, an overgrowth method). Second semiconductor layer 30 may be formed as a continuous layer covering substantially the entire growth surface 22 . The second semiconductor layer 30 may be deposited using any suitable process for manufacturing Group III-nitride thin films, such as metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). good.

第2の半導体層30はIII族窒化物を備える。図2の実施形態では、第2の半導体層30はGaNを備える。第2の半導体層は、n型ドープされていてもよい。GaNは、適切なドーパント、例えばSiまたはGeを使用してn型ドープされてもよい。図2の実施形態では、第2の半導体層30は意図的にドープされていない。したがって、第2の半導体層30は、(実質的に)ドープされていない層であってもよい。実質的にドープされないことにより、III族窒化物層は、有意な量のドーパント元素を含まないが、製造プロセスの結果としていくらかの不純物が存在し得ることが理解される。したがって、実質的にドープされていないIII族窒化物は、意図的にドープされなくてもよい。ドープされていない半導体から第2の半導体層30を形成することにより、LEDを通る電荷担体の流れをメサ構造24内により効率的に閉じ込めることができる。 The second semiconductor layer 30 comprises group III-nitrides. In the embodiment of Figure 2, the second semiconductor layer 30 comprises GaN. The second semiconductor layer may be n-doped. GaN may be n-type doped using a suitable dopant such as Si or Ge. In the embodiment of FIG. 2, second semiconductor layer 30 is intentionally undoped. Accordingly, the second semiconductor layer 30 may be a (substantially) undoped layer. By substantially undoped, it is understood that the III-nitride layer does not contain significant amounts of dopant elements, although some impurities may be present as a result of the manufacturing process. Accordingly, a substantially undoped III-nitride may not be intentionally doped. By forming the second semiconductor layer 30 from an undoped semiconductor, charge carrier flow through the LED can be more effectively confined within the mesa structure 24 .

第1の半導体層20上に第2の半導体層30を成長させることにより、第2の半導体層は、第1の半導体層20の結晶構造に対応する結晶構造を有することができる。例えば、第1の半導体層20のメサ表面25がIII族窒化物の(0001)面に配向している場合、第2の半導体層30も同様の結晶方位で成長することができる。 By growing the second semiconductor layer 30 on the first semiconductor layer 20 , the second semiconductor layer can have a crystal structure corresponding to the crystal structure of the first semiconductor layer 20 . For example, if the mesa surface 25 of the first semiconductor layer 20 is oriented with the (0001) plane of the III-nitride, the second semiconductor layer 30 can also be grown with a similar crystal orientation.

図2の実施形態では、第2の半導体層30は、成長表面22上に形成されて、第1の半導体層のメサ表面25上の第2の半導体層の第1の部分34と、第1の半導体層のバルク半導体表面26上の第2の半導体層の第2の部分36との間に延在する傾斜した側壁部分33を提供する。したがって、第2の半導体層30を第1の半導体層20のメサ構造24上に過成長させて、第2の半導体層のメサ表面35を備え、傾斜した側壁部分33によって囲まれたIII族窒化物半導体層を提供することができる。したがって、第2の半導体層30は、基板に垂直な規則的な台形断面を有する柱を形成するためにメサ構造24上に過成長することができ、第2の半導体層のメサ表面35は台形断面の実質的に平坦な上面を形成する。第2の半導体層のメサ表面35は、層が上に形成される基板表面に平行な面に配向することができる。 In the embodiment of FIG. 2, the second semiconductor layer 30 is formed on the growth surface 22 to include a first portion 34 of the second semiconductor layer on the mesa surface 25 of the first semiconductor layer and a first portion 34 of the second semiconductor layer on the mesa surface 25 of the first semiconductor layer. A sloped sidewall portion 33 is provided extending between a second portion 36 of the second semiconductor layer on the bulk semiconductor surface 26 of the second semiconductor layer. Thus, the second semiconductor layer 30 is overgrown on the mesa structure 24 of the first semiconductor layer 20 to provide a Group III-nitride with a second semiconductor layer mesa surface 35 and surrounded by sloped sidewall portions 33 . A semiconductor layer can be provided. Thus, the second semiconductor layer 30 can be overgrown on the mesa structure 24 to form a pillar with a regular trapezoidal cross-section perpendicular to the substrate, the mesa surface 35 of the second semiconductor layer being trapezoidal. forming a substantially flat upper surface of the cross-section; The mesa surface 35 of the second semiconductor layer can be oriented in a plane parallel to the substrate surface on which the layer is formed.

「規則的な台形断面」とは、柱が底部よりも頂部で狭く、傾斜した直線状の側面を有して、実質的に平坦な上面を有することを意味する。これは、円錐台形状、またはより大きい可能性として、3つ以上の側面、典型的には6つの側面を有する切頭角錐形状をもたらし得る。「規則的な台形断面」という記載は、メサ構造24の上に成長した第2の半導体層の第1の部分34を参照する。台形断面は、第2の半導体層の連続した平面部分の上に延在する第2の半導体層の不連続部分である。 By "regular trapezoidal cross-section" is meant that the pillars are narrower at the top than at the base, have sloping straight sides, and have a substantially flat top surface. This may result in a truncated cone shape, or more likely a truncated pyramid shape with three or more sides, typically six sides. The description "regular trapezoidal cross-section" refers to the first portion 34 of the second semiconductor layer grown over the mesa structure 24 . A trapezoidal cross-section is a discontinuous portion of the second semiconductor layer that extends over a continuous planar portion of the second semiconductor layer.

柱の台形断面の先細の側面が、本明細書においては側壁部分33として参照される。
いくつかの実施形態では、柱の側壁部分33は、第1の半導体層に平行な面に対して実質的に一定の角度(α)を有する。すなわち、柱の側面と第1の半導体に平行な面との間の角度は大きく変化しない。例えば、角度αは50°~70°であり、より好ましくは58°~64°であり、最も好ましくは約62°である。
The tapered sides of the trapezoidal cross-section of the post are referred to herein as sidewall portions 33 .
In some embodiments, the sidewall portion 33 of the pillar has a substantially constant angle (α) with respect to a plane parallel to the first semiconductor layer. That is, the angle between the side surface of the pillar and the plane parallel to the first semiconductor does not change significantly. For example, the angle α is 50°-70°, more preferably 58°-64°, most preferably about 62°.

したがって、いくつかの実施形態では、柱の側壁部分33は、第1の半導体層20の結晶構造の(0001)面に対して傾斜することができる。傾斜した側壁は、SAGによって生成される構造と同様に、一般に、ウルツ鉱型結晶の Therefore, in some embodiments, the sidewall portion 33 of the pillar can be slanted with respect to the (0001) plane of the crystal structure of the first semiconductor layer 20 . The sloping sidewalls are generally wurtzite-type crystals, similar to structures produced by SAG.

Figure 0007338045000002
Figure 0007338045000002

に沿って配向され、c面(半極性面)と比較して低減した分極場を呈する。
いくつかの実施形態では、第2の半導体層30の柱は、切頭六角錐である。
, exhibiting a reduced polarization field compared to the c-plane (semipolar plane).
In some embodiments, the pillars of second semiconductor layer 30 are truncated hexagonal pyramids.

このとき、図2に示すように、第2の半導体層30上に活性層40を形成することができる。活性層40は、モノリシックLED構造の一部分として第1の波長の光を生成するように構成されている。 At this time, an active layer 40 may be formed on the second semiconductor layer 30, as shown in FIG. Active layer 40 is configured to generate light at a first wavelength as part of a monolithic LED structure.

図2の実施形態では、活性層40は、1つ以上の量子井戸層(図示せず)を備えることができる。したがって、活性層40は多重量子井戸層であってもよい。活性層40内の量子井戸層は、III族窒化物半導体、好ましくはInを備えるIII族窒化物合金を備えることができる。例えば、図2の実施形態では、活性層40は、GaNとInGa1-zNとが交互になった層を備えることができ、0<Z≦1である。量子井戸層の厚さおよびIn含有量は、活性層によって生成される光の波長を制御するために制御され得る。活性層40は、第2の半導体層30の露出表面の相当部分(例えば、すべて)を覆う連続層として形成されてもよい。活性層40は、III族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)または分子線エピタキシ(MBE)を使用して堆積されてもよい。 In the embodiment of FIG. 2, active layer 40 may comprise one or more quantum well layers (not shown). Accordingly, active layer 40 may be a multiple quantum well layer. The quantum well layers in active layer 40 may comprise a III-nitride semiconductor, preferably a III-nitride alloy comprising In. For example, in the embodiment of FIG. 2, active layer 40 may comprise alternating layers of GaN and In z Ga 1-z N, where 0<Z≦1. The thickness and In content of the quantum well layers can be controlled to control the wavelength of light produced by the active layer. Active layer 40 may be formed as a continuous layer covering a substantial portion (eg, all) of the exposed surface of second semiconductor layer 30 . Active layer 40 may be deposited using any suitable process for manufacturing Group III-nitride films, such as metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE).

第2の半導体層30上への活性層40の堆積は、メサ表面25上の第2の半導体層の第1の部分35上では比較的高い堆積速度で、かつ傾斜した側壁上では著しく低い堆積速度で行われ得る。この効果は、様々な表面の異なる結晶面配向から生じ、傾斜した側壁35上よりもメサ表面25の上がより厚い活性層40をもたらす。この効果は、英国特許第1811109.6号明細書にさらに詳細に記載されている。 Deposition of the active layer 40 on the second semiconductor layer 30 has a relatively high deposition rate on the first portion 35 of the second semiconductor layer on the mesa surface 25 and a significantly lower deposition on the sloped sidewalls. It can be done at speed. This effect arises from the different crystallographic orientations of the various surfaces, resulting in a thicker active layer 40 over mesa surface 25 than over sloped sidewalls 35 . This effect is described in more detail in GB 1811109.6.

次いで、モノリシックLED構造のさらなる層を、第2の半導体層30に対して活性層40の反対側で、活性層40上に堆積させることができる。図3は、第1の半導体層20の成長表面22上に形成されているモノリシックLED構造を形成する複数の層の例を示す。モノリシックLED構造の複数の層は、各々、連続層として形成されてもよい。 Further layers of the monolithic LED structure can then be deposited on the active layer 40 on the opposite side of the active layer 40 to the second semiconductor layer 30 . FIG. 3 shows an example of multiple layers forming a monolithic LED structure formed on the growth surface 22 of the first semiconductor layer 20 . Each of the multiple layers of the monolithic LED structure may be formed as a continuous layer.

図3の実施形態では、非ドープGaNを備える第2の半導体層30が第1の半導体層20上に形成される。図3の第1の半導体層は、n型ドープGaNを備える。第2の半導体層30の上には、上述したように、活性層40が設けられている。 In the embodiment of FIG. 3, a second semiconductor layer 30 comprising undoped GaN is formed over the first semiconductor layer 20 . The first semiconductor layer of FIG. 3 comprises n-type doped GaN. The active layer 40 is provided on the second semiconductor layer 30 as described above.

図3の実施形態では、活性層40上に電子ブロック層50が設けられている。電子ブロック層50は、第2の半導体層30が設けられた活性層40の側面とは反対側で、活性層40の側面上に設けられている。電子ブロック層50はIII族窒化物を備える。電子ブロック層50は、活性層40の露出表面の相当部分(例えば、すべて)を覆う連続層として形成されてもよい。電子ブロック層50は、活性層30からモノリシックLED構造のp型半導体層60への電子の流れを低減するように構成される。例えば、図3の実施形態では、電子ブロック層50はAlGa1-xNを備えることができる。適切な電子ブロック層50のさらなる詳細は、少なくともSchubert,E.(2006).Light-Emitting Diodes.Cambridge:Cambridge University Pressに見出すことができる。 In the embodiment of FIG. 3, an electron blocking layer 50 is provided on active layer 40 . The electron blocking layer 50 is provided on the side surface of the active layer 40 opposite to the side surface of the active layer 40 on which the second semiconductor layer 30 is provided. Electron blocking layer 50 comprises a III-nitride. Electron blocking layer 50 may be formed as a continuous layer covering a substantial portion (eg, all) of the exposed surface of active layer 40 . Electron blocking layer 50 is configured to reduce the flow of electrons from active layer 30 to p-type semiconductor layer 60 of the monolithic LED structure. For example, in the embodiment of FIG. 3, electron blocking layer 50 may comprise Al x Ga 1-x N. Further details of suitable electron blocking layers 50 can be found at least in Schubert, E.; (2006). Light-Emitting Diodes. Cambridge: can be found at Cambridge University Press.

図3に示すように、活性層40の上には、p型半導体層60が設けられている。p型半導体層60は、活性層40が設けられた電子ブロック層50の側面とは反対側で、電子ブロック層50の側面上に設けられている。p型半導体層60はIII族窒化物を備える。p型半導体層は、適切な電子受容体、例えばMgでドープされる。p型半導体層60は、活性層40(または存在する場合は電子ブロック層50)の露出表面の相当部分(例えば、すべて)を覆う連続層として形成されてもよい。 As shown in FIG. 3, a p-type semiconductor layer 60 is provided on the active layer 40 . The p-type semiconductor layer 60 is provided on the side surface of the electron block layer 50 on the side opposite to the side surface of the electron block layer 50 on which the active layer 40 is provided. The p-type semiconductor layer 60 comprises Group III nitrides. The p-type semiconductor layer is doped with a suitable electron acceptor, eg Mg. P-type semiconductor layer 60 may be formed as a continuous layer covering a substantial portion (eg, all) of the exposed surface of active layer 40 (or electron blocking layer 50 if present).

したがって、p型半導体層60は、メサ構造24と実質的に位置合わせされた第1の部分64を備えてもよい。すなわち、p型半導体層の第1の部分65の表面は、メサ表面25の上に位置合わせされて設けられている(すなわち、それぞれの表面の中心が位置合わせされている)。p型半導体層60はまた、メサ表面24から離れたバルク半導体表面26の少なくとも一部分を覆う第2の部分を備える。したがって、モノリシックLED構造は、一般に、メサ表面25の上に設けられた第1の部分と、メサ表面24から離れたバルク半導体表面26の少なくとも一部分を覆う第2の部分とを有すると考えられ得る。 Accordingly, p-type semiconductor layer 60 may include a first portion 64 substantially aligned with mesa structure 24 . That is, the surfaces of the first portion 65 of the p-type semiconductor layer are provided in alignment above the mesa surface 25 (ie, the centers of the respective surfaces are aligned). P-type semiconductor layer 60 also includes a second portion that covers at least a portion of bulk semiconductor surface 26 remote from mesa surface 24 . Thus, a monolithic LED structure can generally be considered to have a first portion overlying mesa surface 25 and a second portion covering at least a portion of bulk semiconductor surface 26 remote from mesa surface 24 . .

LEDのメサ表面25の上の活性層内の電荷担体閉じ込めを改善するために、本開示による方法は、メサ表面25を覆うモノリシックLED構造の第1の部分とバルク半導体表面26を覆うモノリシックLED構造の第2の部分との間にポテンシャル障壁を形成し、ポテンシャル障壁は、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分を取り囲む。すなわち、本開示による方法は、規則的な台形形状の実質的に平坦な表面の上部接触表面とバルク半導体表面26の上に形成された層との間にポテンシャル障壁を提供する。 In order to improve charge carrier confinement within the active layer above the mesa surface 25 of the LED, the method according to the present disclosure includes a first portion of the monolithic LED structure overlying the mesa surface 25 and a monolithic LED structure overlying the bulk semiconductor surface 26 . The potential barrier surrounds the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 . That is, the method according to the present disclosure provides a potential barrier between the top contact surface of the regular trapezoidal shape and substantially planar surface and the layer formed over the bulk semiconductor surface 26 .

そのようなポテンシャル障壁を形成するための1つの方法が図3および図4に概略的に示されている。図4および図5の実施形態は、図3に示すデバイスの製造後のさらなる処理ステップを示す。 One method for forming such a potential barrier is shown schematically in FIGS. 3 and 4. FIG. The embodiments of FIGS. 4 and 5 show further processing steps after fabrication of the device shown in FIG.

図4において、電子ブロック層50に対してp型半導体層60の反対側で、p型半導体層60の表面上にマスク層70が形成される。 In FIG. 4, a mask layer 70 is formed on the surface of p-type semiconductor layer 60 on the opposite side of p-type semiconductor layer 60 from electron blocking layer 50 .

マスク層70は、p型半導体層60上に選択的に設けられてもよい。マスク層70は、1つ以上の開口を画定するように設けることができる。開口は、選択的に除去されるべきp型半導体層60の領域を露出させるように構成することができる。例えば、開口は、メサ構造を覆うp型半導体層の第1の部分64を囲むp型半導体層の第3の部分61を画定することができる。次いで、ポテンシャル障壁を提供するために、p型半導体層の第3の部分61を、例えばエッチングによって選択的に除去することができる。例えば、図4の実施形態では、p型半導体層の第3の部分61は、p型半導体層60の傾斜した側壁部分である。 The mask layer 70 may be selectively provided on the p-type semiconductor layer 60 . A mask layer 70 may be provided to define one or more openings. The openings can be configured to expose regions of p-type semiconductor layer 60 that are to be selectively removed. For example, the opening may define a third portion 61 of the p-type semiconductor layer surrounding the first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa structure. A third portion 61 of the p-type semiconductor layer may then be selectively removed, for example by etching, to provide a potential barrier. For example, in the embodiment of FIG. 4, the third portion 61 of the p-type semiconductor layer is the sloped sidewall portion of the p-type semiconductor layer 60 .

図4および図5の実施形態では、異方性エッチャントを使用して、p型半導体層の第3の部分61を選択的に除去することができる。異方性エッチャント、例えばKOHは、基板と平行に配向した平面(例えば、(0001)結晶面と配向した表面)よりも速い速度でIII族窒化物の傾斜した側壁領域を優先的にエッチングすることができる。したがって、マスク層70は、p型半導体層60の傾斜した側壁領域に対応するp型半導体層の第1の部分65およびp型半導体層の第3の部分61の表面と位置を合わせてこれらを露出させる開口を画定するように設けることができる。次いで、異方性エッチャントは、所望の量の材料を除去するために、傾斜した側壁領域内のp型半導体層60を著しく高い速度で優先的にエッチングすることができる。 In the embodiments of FIGS. 4 and 5, an anisotropic etchant can be used to selectively remove the third portion 61 of the p-type semiconductor layer. Anisotropic etchants, such as KOH, preferentially etch sloped sidewall regions of III-nitrides at a faster rate than planes oriented parallel to the substrate (e.g., surfaces oriented with (0001) crystal planes). can be done. Thus, the mask layer 70 aligns and covers the surfaces of the first portion 65 of the p-type semiconductor layer and the third portion 61 of the p-type semiconductor layer corresponding to the sloped sidewall regions of the p-type semiconductor layer 60 . It may be provided to define an opening for exposure. The anisotropic etchant can then preferentially etch the p-type semiconductor layer 60 in the sloped sidewall regions at a significantly higher rate to remove the desired amount of material.

図5は、p型半導体層の第3の部分61の選択的除去によるポテンシャル障壁の形成後に得られたLED前駆体の概略図を示す。図5に示すように、p型半導体層60が、層の厚さを通じて選択的に除去されて、下の層(図5の実施形態における電子ブロック層50)が露出される。したがって、選択的除去ステップは、p型半導体層の第1の部分64を取り囲むモノリシックLED構造内にチャネルを形成する。これにより、p型半導体層60において、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分65と、バルク半導体表面26を覆うp型半導体層の第2の部分66との間にポテンシャル障壁が形成される。ポテンシャル障壁は、動作中にデバイスの活性層のメサ構造領域内の電荷担体の閉じ込めを増加させるために設けられる。 FIG. 5 shows a schematic representation of the LED precursor obtained after formation of the potential barrier by selective removal of the third portion 61 of the p-type semiconductor layer. As shown in FIG. 5, p-type semiconductor layer 60 is selectively removed through the thickness of the layer to expose the underlying layer (electron blocking layer 50 in the embodiment of FIG. 5). The selective removal step thus forms a channel within the monolithic LED structure surrounding the first portion 64 of the p-type semiconductor layer. As a result, in the p-type semiconductor layer 60 , a potential barrier is formed between the first portion 65 of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface 25 and the second portion 66 of the p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface 26 . It is formed. A potential barrier is provided to increase the confinement of charge carriers within the mesa structure region of the active layer of the device during operation.

本開示による方法の他の実施形態では、選択的に除去されるチャネルの深さを変えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、チャネルは、p型半導体層の第3の部分61の厚さを部分的にのみ通って延在してもよい。上記の側壁表面上のモノリシックLED構造の堆積速度の変化と組み合わせて、p型半導体層の第3の部分61の厚さを減少させることによって、p型半導体層の第3の部分61の残りの部分は、p型半導体層の第1の部分65と第2の部分66との間に大きい抵抗を呈することができ、それによってポテンシャル障壁が効果的に提供される。他の実施形態では、チャネルは、モノリシックLED構造の他の層のうちの1つ以上の厚さを通じて少なくとも部分的に延在してもよい。 In other embodiments of methods according to the present disclosure, the depth of selectively removed channels can be varied. For example, in some embodiments, the channel may extend only partially through the thickness of the third portion 61 of the p-type semiconductor layer. By reducing the thickness of the third portion 61 of the p-type semiconductor layer in combination with the change in the deposition rate of the monolithic LED structure on the sidewall surface described above, the remaining portion of the third portion 61 of the p-type semiconductor layer The portion can present a large resistance between the first portion 65 and the second portion 66 of the p-type semiconductor layer, thereby effectively providing a potential barrier. In other embodiments, the channel may extend at least partially through the thickness of one or more of the other layers of the monolithic LED structure.

そのようなポテンシャル障壁を形成するためのさらなる方法が図6および図7に概略的に示されている。 A further method for forming such a potential barrier is shown schematically in FIGS. 6 and 7. FIG.

図6は、第1の半導体層20、第2の半導体層30および活性層40を備える構造を示す。図6の構造は、図1~図3に関連して上述した方法ステップによって形成することができる。 FIG. 6 shows a structure comprising a first semiconductor layer 20 , a second semiconductor layer 30 and an active layer 40 . The structure of FIG. 6 can be formed by the method steps described above in connection with FIGS. 1-3.

図6の構造の形成に続いて、図7に示すように、活性層40上にp型半導体層60が形成される。p型半導体層60は、第2の半導体層30に対して活性層40の反対側に形成される。いくつかの実施形態では、図3に示すように、p型半導体層60と活性層40との間に電子ブロック層50を設けることができる。 Following formation of the structure of FIG. 6, a p-type semiconductor layer 60 is formed over the active layer 40, as shown in FIG. The p-type semiconductor layer 60 is formed on the opposite side of the active layer 40 with respect to the second semiconductor layer 30 . In some embodiments, an electron blocking layer 50 may be provided between the p-type semiconductor layer 60 and the active layer 40, as shown in FIG.

図7の実施形態において、p型半導体層60はAlを含むIII族窒化物を備える。p型半導体層60は、p型半導体層の側壁部分63とp型半導体層の第1の部分64との間にポテンシャル障壁が提供されるように、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分64よりも高濃度のAlがp型半導体層の側壁部分63に組み込まれるように形成することができる。p型半導体層の側壁部分63と第1の部分64とのAl組成の差は、第1の部分と側壁部分との間のバンドギャップの変化が室温においてkT eVより大きく(すなわち、約0.26eVより大きく)なるようなものとすることができる。 In the embodiment of FIG. 7, the p-type semiconductor layer 60 comprises an Al-containing Group III-nitride. The p-type semiconductor layer 60 is the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 such that a potential barrier is provided between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 of the p-type semiconductor layer. A higher concentration of Al than the 1 portion 64 can be formed to be incorporated into the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer. The difference in Al composition between the sidewall portion 63 and the first portion 64 of the p-type semiconductor layer is such that the change in bandgap between the first portion and the sidewall portion is greater than kT eV at room temperature (ie, about 0.0. 26 eV).

例えば、p型半導体層の側壁部分63は、p型AlGa1-xNを備えてもよく、2≦x≦50%であり、p型半導体層の第1の部分64は、p型AlGa1-yNを備えてもよく、1≦y≦15%である。 For example, the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer may comprise p-type Al x Ga 1-x N, where 2≦x≦50%, and the first portion 64 of the p-type semiconductor layer is p-type Al y Ga 1-y N, where 1≦y≦15%.

上述したように、第2の半導体層30の傾斜した側壁は、成長表面が傾斜した側壁であるか、または基板に実質的に平行であるかに応じて、III族窒化物の堆積速度の変動をもたらす。p型半導体層60の成長について、成長速度の差は、p型半導体層60へのAlの取り込みにも影響する。したがって、傾斜した側壁部分63は、同じ堆積プロセスを使用して第1の部分64よりも高いAl含有量を有して形成することができる。したがって、モノリシックLED構造のp型半導体層の第1の部分64に電流を閉じ込めるための所望のポテンシャル障壁は、さらなるパターニング工程なしで形成することができる。 As noted above, the sloping sidewalls of the second semiconductor layer 30 result in variations in the III-nitride deposition rate depending on whether the growth surface is a sloping sidewall or substantially parallel to the substrate. bring. Regarding the growth of the p-type semiconductor layer 60 , the difference in growth rate also affects the incorporation of Al into the p-type semiconductor layer 60 . Therefore, sloped sidewall portion 63 can be formed with a higher Al content than first portion 64 using the same deposition process. Therefore, the desired potential barriers for current confinement in the first portion 64 of the p-type semiconductor layer of the monolithic LED structure can be formed without additional patterning steps.

上述したように、複数の層を有するLED前駆体を提供することができる。
第1の半導体層20は、100nm~8μm、好ましくは3μm~5μmの厚さを有してもよい。第1の半導体層20の部分を選択的に除去して、バルク半導体表面26に垂直な高さが少なくとも100nm、200nm、300nm、または500nmのメサ構造を画定することができる。メサ構造の高さは、5μm以下であってもよい。いくつかの実施形態では、メサ構造は、1μm~3μmの高さを有してもよい。
As noted above, an LED precursor can be provided having multiple layers.
The first semiconductor layer 20 may have a thickness between 100 nm and 8 μm, preferably between 3 μm and 5 μm. Portions of first semiconductor layer 20 may be selectively removed to define mesa structures having a height perpendicular to bulk semiconductor surface 26 of at least 100 nm, 200 nm, 300 nm, or 500 nm. The height of the mesa structure may be 5 μm or less. In some embodiments, the mesa structure may have a height of 1 μm to 3 μm.

第2の半導体層30は、第1の半導体層20のメサ表面24上に少なくとも5nmの厚さを有してもよい。第2の半導体層30の厚さは4μm以下であってもよい。 The second semiconductor layer 30 may have a thickness of at least 5 nm on the mesa surface 24 of the first semiconductor layer 20 . The thickness of the second semiconductor layer 30 may be 4 μm or less.

活性層30の実質的に平坦な第1の部分34は、30nm~150nm、いくつかの実施形態では40nm~60nmの厚さを有してもよい。 The substantially planar first portion 34 of the active layer 30 may have a thickness of 30 nm to 150 nm, in some embodiments 40 nm to 60 nm.

電子ブロック層50の実質的に平坦な第1の部分44は、5nm~50nm、いくつかの実施形態では20nm~40nmの厚さを有してもよい。例えば、図3の実施形態では、電子ブロック層は33nmの厚さを有してもよい。堆積速度の変動に起因して、上述したように、電子ブロック層50の側壁領域内の電子ブロック層50の厚さは、少なくとも0.5nmから約25nmまでの厚さを有することができる。例えば、図3の実施形態では、電子ブロック層50は側壁領域において約7nmの厚さを有してもよい。 The substantially planar first portion 44 of electron blocking layer 50 may have a thickness of 5 nm to 50 nm, in some embodiments 20 nm to 40 nm. For example, in the embodiment of FIG. 3, the electron blocking layer may have a thickness of 33 nm. Due to deposition rate variations, the thickness of electron blocking layer 50 in the sidewall regions of electron blocking layer 50 can have a thickness of at least 0.5 nm to about 25 nm, as described above. For example, in the embodiment of FIG. 3, electron blocking layer 50 may have a thickness of about 7 nm in the sidewall regions.

p型半導体層60の実質的に平坦な第1の部分64は、少なくとも50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、または100nmの厚さを有してもよい。p型半導体層60の実質的に平坦な第1の部分64は、300nm、250nm、または200nm以下の厚さを有してもよい。例えば、図3の実施形態では、p型半導体層60の実質的に平坦な第1の部分64は、約100nmの厚さを有してもよい。 The substantially planar first portion 64 of the p-type semiconductor layer 60 may have a thickness of at least 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm, 90 nm, or 100 nm. The substantially planar first portion 64 of the p-type semiconductor layer 60 may have a thickness of 300 nm, 250 nm, or 200 nm or less. For example, in the embodiment of FIG. 3, substantially planar first portion 64 of p-type semiconductor layer 60 may have a thickness of approximately 100 nm.

いくつかの実施形態では、(バルク半導体表面26に垂直な)メサ構造の高さは、メサ表面の断面幅以上である。すなわち、バルク半導体表面26に垂直な少なくとも1つの面において、メサ構造の高さは、メサ表面の断面幅以上である。したがって、メサ構造の断面幅に対するメサ構造の高さは、LEDからの光抽出効率を高めるように最適化されたアスペクト比を有するLED前駆体を提供することができる。 In some embodiments, the height of the mesa structure (perpendicular to bulk semiconductor surface 26) is greater than or equal to the cross-sectional width of the mesa surface. That is, in at least one plane perpendicular to bulk semiconductor surface 26, the height of the mesa structure is greater than or equal to the cross-sectional width of the mesa surface. Therefore, the height of the mesa structure relative to the cross-sectional width of the mesa structure can provide an LED precursor with an optimized aspect ratio to enhance light extraction efficiency from the LED.

例えば、いくつかの実施形態では、100μm×100μm以下の表面積を有するメサ表面25を設けることができる。特に、メサ表面は、4μm×4μm以下の表面積を有することができる。したがって、メサ構造の高さは、少なくとも4μmであってもよい。 For example, in some embodiments, a mesa surface 25 having a surface area of 100 μm×100 μm or less can be provided. In particular, the mesa surface can have a surface area of 4 μm×4 μm or less. Accordingly, the height of the mesa structure may be at least 4 μm.

上記のようなLED前駆体の形成後、LED前駆体は、LEDを提供するためにさらなる処理ステップを受けることができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板10は、第1の半導体層20の発光面21を露出させるために除去することができる。 After formation of the LED precursor as described above, the LED precursor can undergo further processing steps to provide an LED. For example, in some embodiments, substrate 10 can be removed to expose light emitting surface 21 of first semiconductor layer 20 .

好ましくは、レンズ(すなわち、ドーム形状の表面)などの光抽出機構も発光面に設けることができる。例えば、LEDからの光抽出効率を高めるために、発光面21にレンズ(または他のドーム形状構造)を形成することができる。いくつかの実施形態では、レンズは、発光面21上の各LEDと位置合わせされる。各レンズは、モノリシックLED構造の基部(すなわち、台形形状の基部)の表面積に対応する発光面21の表面積を覆うことができる。いくつかの実施形態では、レンズ(ドーム形状表面)は、発光面21から第1の半導体層20を選択的に除去することによって発光面21によって形成することができる。LEDの発光面21に光抽出機構を与えることにより、LEDの光抽出効率を高めることができる。 Preferably, light extraction features such as lenses (ie, dome-shaped surfaces) may also be provided on the light emitting surface. For example, lenses (or other dome-shaped structures) can be formed on the emitting surface 21 to increase the efficiency of light extraction from the LEDs. In some embodiments, a lens is aligned with each LED on emitting surface 21 . Each lens can cover a surface area of the emitting surface 21 corresponding to the surface area of the base of the monolithic LED structure (ie, the base of the trapezoidal shape). In some embodiments, a lens (dome-shaped surface) can be formed by the emitting surface 21 by selectively removing the first semiconductor layer 20 from the emitting surface 21 . By providing light extraction features on the emitting surface 21 of the LED, the light extraction efficiency of the LED can be increased.

本開示の一実施形態によれば、発光ダイオード前駆体1が提供される。LED前駆体は、第1の半導体層20と、第2の半導体層30と、活性層40と、p型半導体層60とを備える。 According to one embodiment of the present disclosure, a light emitting diode precursor 1 is provided. The LED precursor comprises a first semiconductor layer 20 , a second semiconductor layer 30 , an active layer 40 and a p-type semiconductor layer 60 .

第1の半導体層20はIII族窒化物を備える。図3に示すように、第1の半導体層20は、基板10上に設けることができる。基板10は、サファイア、シリコンまたはSiCを備えることができる。基板10は、III族窒化物層の形成に適した基板表面を提供するように構成された1つ以上のバッファ層を備えることができる。無論、いくつかの実施形態では、LED前駆体1は、上述の方法に従って製造することができ、その後、基板10を除去することができる。いくつかの実施形態では、LED前駆体1は、バックプレーン電子基板(図示せず)に接合されてもよい。バックプレーン電子基板は、LED前駆体1を制御し接触させるように構成された電気回路および接点を備えることができる。いくつかの実施形態では、バックプレーン電子基板は、p型半導体層60に接合されてもよい。 The first semiconductor layer 20 comprises group III-nitrides. As shown in FIG. 3, a first semiconductor layer 20 may be provided on the substrate 10 . Substrate 10 may comprise sapphire, silicon or SiC. Substrate 10 may comprise one or more buffer layers configured to provide a substrate surface suitable for formation of III-nitride layers. Of course, in some embodiments, the LED precursor 1 can be manufactured according to the method described above, after which the substrate 10 can be removed. In some embodiments, LED precursor 1 may be bonded to a backplane electronic substrate (not shown). The backplane electronic board can comprise electrical circuits and contacts configured to control and contact the LED precursors 1 . In some embodiments, the backplane electronic substrate may be bonded to the p-type semiconductor layer 60 .

図5および図7によれば、第1の半導体層20は、バルク半導体表面26およびメサ表面25を含む成長表面22を画定するように第1の半導体層20の主面から延在するメサ構造24を含む。主面とは、第1の半導体層20の全表面積の相当部分を形成する第1の半導体層20の表面を意味すると理解される。例えば、図5および図7において、成長表面22を形成する主面は、基板10に対して第1の半導体層20の反対側に設けられた、第1の半導体層20の表面である。 5 and 7, first semiconductor layer 20 has a mesa structure extending from a major surface of first semiconductor layer 20 to define growth surface 22 including bulk semiconductor surface 26 and mesa surface 25 . 24. Major surface is understood to mean the surface of the first semiconductor layer 20 forming a substantial part of the total surface area of the first semiconductor layer 20 . For example, in FIGS. 5 and 7, the major surface forming the growth surface 22 is the surface of the first semiconductor layer 20 provided on the opposite side of the substrate 10 from the first semiconductor layer 20 .

メサ構造24は、第1の半導体層20のバルク半導体表面26から延在する柱であると考えることができる。メサ構造24は、例えば、上記の方法で説明したように、第1の半導体層20のバルク半導体表面26とモノリシックに形成される。メサ構造24は、任意の断面形状(すなわち、第1の半導体層20を平面視したときの柱の形状)を有する柱であってもよい。例えば、メサ構造24は、断面が正多角形の柱であってもよい。特に、メサ構造24は、楕円(または円)柱、角柱、または六角柱であってもよい。図8 aは、第1の半導体層20の複数のメサ構造24の一例を示し、各メサ構造24は円柱である。 Mesa structures 24 can be thought of as pillars extending from bulk semiconductor surface 26 of first semiconductor layer 20 . Mesa structure 24 is formed monolithically with bulk semiconductor surface 26 of first semiconductor layer 20, for example, as described in the methods above. The mesa structure 24 may be a pillar having an arbitrary cross-sectional shape (that is, a pillar shape when the first semiconductor layer 20 is viewed from above). For example, the mesa structure 24 may be a column with a regular polygonal cross section. In particular, mesa structure 24 may be an elliptical (or cylindrical), prismatic, or hexagonal prism. FIG. 8a shows an example of a plurality of mesa structures 24 of the first semiconductor layer 20, each mesa structure 24 being a cylinder.

図5および図7に示す実施形態において、メサ構造24は、バルク半導体表面26およびメサ表面25に対して実質的に垂直な側壁を有して示されている。他の実施形態では、メサ構造24は、傾斜した側壁を有して形成されてもよい。 In the embodiments shown in FIGS. 5 and 7, mesa structure 24 is shown having sidewalls substantially perpendicular to bulk semiconductor surface 26 and mesa surface 25 . In other embodiments, mesa structure 24 may be formed with sloped sidewalls.

図5および図7に示すように、モノリシックLED構造は、モノリシックLED構造がメサ表面25およびバルク半導体表面26を覆うように、第1の半導体層20の成長表面22上に設けられる。 As shown in FIGS. 5 and 7, a monolithic LED structure is provided on growth surface 22 of first semiconductor layer 20 such that the monolithic LED structure covers mesa surface 25 and bulk semiconductor surface 26 .

上述のように、モノリシックLED構造は複数の層を備える。各層は、III族窒化物から形成される。モノリシックLED構造は、第2の半導体層30と、活性層40と、p型半導体層60とを備える。いくつかの実施形態では、モノリシックLED構造はまた、電子ブロック層50も備えることができる。 As mentioned above, a monolithic LED structure comprises multiple layers. Each layer is formed from a Group III nitride. The monolithic LED structure comprises a second semiconductor layer 30 , an active layer 40 and a p-type semiconductor layer 60 . In some embodiments, the monolithic LED structure can also include an electron blocking layer 50. FIG.

上述したように、第2の半導体層30は、成長表面22上に設けられて、第1の半導体層のメサ表面25上の第2の半導体層の第1の部分34と、第1の半導体層20のバルク半導体表面26上の第2の半導体層の第2の部分36との間に延在する傾斜した側壁33を提供する。したがって、第2の半導体層30が第1の半導体層20のメサ構造24上に過成長されて、第1の部分34を備え、傾斜した側壁33によって囲まれたIII族窒化物半導体層が提供される。したがって、第2の半導体層30は、基板に垂直な規則的な台形断面を有する柱を形成するためにメサ構造24上に過成長することができ、第2の半導体層の第1の部分35の表面は実質的に平坦である。第1の部分35の実質的に平坦な表面は、各層が形成される基板表面と平行な面内にあってもよい。 As described above, the second semiconductor layer 30 is provided on the growth surface 22 to provide a first portion 34 of the second semiconductor layer on the mesa surface 25 of the first semiconductor layer and a first portion 34 of the second semiconductor layer on the mesa surface 25 of the first semiconductor layer. A sloped sidewall 33 is provided extending between the second portion 36 of the second semiconductor layer on the bulk semiconductor surface 26 of layer 20 . Accordingly, the second semiconductor layer 30 is overgrown on the mesa structure 24 of the first semiconductor layer 20 to provide a III-nitride semiconductor layer having a first portion 34 and surrounded by sloped sidewalls 33 . be done. Thus, the second semiconductor layer 30 can be overgrown on the mesa structure 24 to form a pillar with a regular trapezoidal cross-section perpendicular to the substrate, the first portion 35 of the second semiconductor layer is substantially flat. The substantially planar surface of first portion 35 may lie in a plane parallel to the substrate surface on which each layer is formed.

活性層40、電子ブロック層50(存在する場合)、およびp型半導体層60は、モノリシックLED構造を形成するために、上述の方法に従って第2の半導体層30上に設けられてもよい。そのようなモノリシックLED構造の例は、少なくとも図5および図7に見ることもできる。 Active layer 40, electron blocking layer 50 (if present), and p-type semiconductor layer 60 may be provided on second semiconductor layer 30 according to the methods described above to form a monolithic LED structure. Examples of such monolithic LED structures can also be seen in at least FIGS.

LEDのメサ表面25の上の活性層内の電荷担体閉じ込めを改善するために、本開示によるLED前駆体は、メサ表面25を覆うモノリシックLED構造の第1の部分とバルク半導体表面26を覆うモノリシックLED構造の第2の部分との間にポテンシャル障壁を備え、ポテンシャル障壁は、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分を取り囲む。すなわち、本開示による方法は、規則的な台形形状の実質的に平坦な表面とバルク半導体表面26の上に形成された層との間にポテンシャル障壁を提供する。 To improve charge carrier confinement within the active layer above the mesa surface 25 of the LED, the LED precursor according to the present disclosure comprises a first portion of the monolithic LED structure overlying the mesa surface 25 and a monolithic overlying bulk semiconductor surface 26 . A potential barrier is provided between the second portion of the LED structure and surrounds the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 . That is, the method according to the present disclosure provides a potential barrier between a substantially planar surface of regular trapezoidal shape and a layer formed over bulk semiconductor surface 26 .

図5および図7に示すように、モノリシックLED構造は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分64と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層の第2の部分66との間にポテンシャル障壁が設けられるように形成され、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分64を囲む。 As shown in FIGS. 5 and 7, the monolithic LED structure is between a first portion 64 of p-type semiconductor layer covering the mesa surface and a second portion 66 of p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface. A potential barrier is formed to surround the first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface.

図5の実施形態では、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分64を取り囲むp型半導体層の第3の部分61を選択的に除去することによって形成することができる。図5に示すように、p型半導体層60が、層の厚さを通じて選択的に除去されて、下の層(図5の実施形態における電子ブロック層50)が露出される。 In the embodiment of FIG. 5, the potential barrier can be formed by selectively removing the third portion 61 of the p-type semiconductor layer surrounding the first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface. . As shown in FIG. 5, p-type semiconductor layer 60 is selectively removed through the thickness of the layer to expose the underlying layer (electron blocking layer 50 in the embodiment of FIG. 5).

図7の実施形態において、ポテンシャル障壁は、Alを含むIII族窒化物を備えるp型半導体層60を提供することによって形成されてもよい。p型半導体層60は、p型半導体層の側壁部分63とp型半導体層の第1の部分64との間にポテンシャル障壁が提供されるように、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分64よりも高濃度のAlがp型半導体層の側壁部分63に組み込まれるように提供される。p型半導体層の側壁部分63との第1の部分64とのAl組成の差は、バンドギャップの変化が室温においてkT eVより大きく(すなわち、約0.26eVより大きく)なるようなものとすることができる。 In the embodiment of FIG. 7, the potential barrier may be formed by providing a p-type semiconductor layer 60 comprising an Al-containing III-nitride. The p-type semiconductor layer 60 is the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 such that a potential barrier is provided between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 of the p-type semiconductor layer. A higher concentration of Al than the one portion 64 is provided to be incorporated into the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer. The difference in Al composition between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 is such that the bandgap change is greater than kT eV (i.e., greater than about 0.26 eV) at room temperature. be able to.

例えば、p型半導体層の側壁部分は、p型AlGa1-xNを備えてもよく、2≦x≦50%であり、p型半導体層のメサ表面部分65は、p型AlGa1-yNを備えてもよく、1≦y≦15%である。 For example, the sidewall portion of the p-type semiconductor layer may comprise p-type Al x Ga 1-x N, where 2≦x≦50%, and the mesa surface portion 65 of the p-type semiconductor layer may comprise p-type Al y Ga 1-y N, where 1≦y≦15%.

上述したように、第2の半導体層30の傾斜した側壁33は、成長表面が傾斜した側壁であるか、または基板に実質的に平行であるかに応じて、III族窒化物の堆積速度の変動をもたらす。p型半導体層60の成長について、成長速度の差は、p型半導体層60へのAlの取り込みにも影響する。したがって、p型半導体層の傾斜した側壁部分63は、同じ堆積プロセスを使用してp型半導体層の第1の部分65よりも高いAl含有量を有して形成することができる。したがって、モノリシックLED構造の第1の部分に電流を閉じ込めるための所望のポテンシャル障壁は、さらなるパターニング工程なしで形成することができる。
したがって、本開示の一実施形態によるLED前駆体を提供することができる。
As noted above, the sloping sidewalls 33 of the second semiconductor layer 30 increase the Group III-nitride deposition rate, depending on whether the growth surface is a sloping sidewall or substantially parallel to the substrate. Bring change. Regarding the growth of the p-type semiconductor layer 60 , the difference in growth rate also affects the incorporation of Al into the p-type semiconductor layer 60 . Thus, the sloped sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer can be formed with a higher Al content than the first portion 65 of the p-type semiconductor layer using the same deposition process. Therefore, the desired potential barriers for current confinement in the first portion of the monolithic LED structure can be formed without additional patterning steps.
Accordingly, an LED precursor according to one embodiment of the present disclosure can be provided.

本開示の別の実施形態によれば、LEDアレイ前駆体を形成する方法を提供することができる。 According to another embodiment of the present disclosure, a method of forming an LED array precursor can be provided.

この方法によれば、III族窒化物を備える第1の半導体層20が基板10上に形成される。第1の半導体層は、基板10に対して第1の半導体層20の反対側に、成長表面22を有する。したがって、第1の半導体層20は、図1~図5および図6~図7の実施形態について上述したのと実質的に同じ方法で形成することができる。 According to this method, a first semiconductor layer 20 comprising III-nitride is formed on the substrate 10 . The first semiconductor layer has a growth surface 22 on the opposite side of the first semiconductor layer 20 with respect to the substrate 10 . Accordingly, first semiconductor layer 20 may be formed in substantially the same manner as described above for the embodiments of FIGS. 1-5 and 6-7.

次に、第1の半導体層20の成長表面22が複数のメサ表面25およびバルク半導体層表面26を備えるように、第1の半導体層20の部分が選択的に除去されて複数のメサ構造24が形成される。したがって、本方法のこのステップは、複数のメサ構造24が形成されることを除いて、LED前駆体を形成する方法の対応するステップと実質的に同じである。 Portions of the first semiconductor layer 20 are then selectively removed to form a plurality of mesa structures 24 such that the growth surface 22 of the first semiconductor layer 20 comprises a plurality of mesa surfaces 25 and a bulk semiconductor layer surface 26 . is formed. Accordingly, this step of the method is substantially the same as the corresponding step of the method of forming an LED precursor, except that multiple mesa structures 24 are formed.

複数のメサ構造24は、第1の半導体層20の基板成長表面22の全体にわたって規則的に離間していてもよい。例えば、メサ構造は、メサ構造24の六方最密充填アレイまたは正方形充填アレイで提供されてもよい。図8aは、複数のメサ構造24を含む第1の半導体層の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す。図8aに示すように、第1の半導体層20の一部分として、複数のメサ構造24が設けられている。メサ構造24の各々は、円柱形状(円形断面)の柱である。図8bは、図8aに示すメサ構造24のうちの1つの拡大図を示す。 The plurality of mesa structures 24 may be regularly spaced across the substrate growth surface 22 of the first semiconductor layer 20 . For example, the mesa structure may be provided in a hexagonal close-packed array or square-packed array of mesa structures 24 . FIG. 8a shows a scanning electron microscope (SEM) image of a first semiconductor layer comprising a plurality of mesa structures 24. FIG. A plurality of mesa structures 24 are provided as part of the first semiconductor layer 20, as shown in FIG. 8a. Each of the mesa structures 24 is a column of cylindrical shape (circular cross section). Figure 8b shows an enlarged view of one of the mesa structures 24 shown in Figure 8a.

次いで、モノリシックLEDアレイ構造が第1の半導体層20の成長表面上に形成され、結果、モノリシックLEDアレイ構造の第1の部分がそれぞれのメサ表面25を覆い、モノリシックLEDアレイ構造の第2の部分がバルク半導体表面26を覆う。モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備える。各層は、III族窒化物から形成される。モノリシックアレイ構造は、第2の半導体層30と、第2の半導体層30上に設けられた活性層40と、活性層40上に設けられたp型半導体層60とを含む。いくつかの実施形態では、モノリシックLED構造はまた、活性層40と第2の半導体層60との間に設けられた電子ブロック層50も備えてもよい。 A monolithic LED array structure is then formed on the growth surface of the first semiconductor layer 20 such that a first portion of the monolithic LED array structure overlies each mesa surface 25 and a second portion of the monolithic LED array structure. covers bulk semiconductor surface 26 . A monolithic LED array structure comprises multiple layers. Each layer is formed from a Group III nitride. The monolithic array structure includes a second semiconductor layer 30 , an active layer 40 provided on the second semiconductor layer 30 , and a p-type semiconductor layer 60 provided on the active layer 40 . In some embodiments, the monolithic LED structure may also include an electron blocking layer 50 provided between the active layer 40 and the second semiconductor layer 60 .

モノリシックLEDアレイ構造は、単一部品として形成されたLEDアレイ構造の提供を参照する。すなわち、モノリシックLEDアレイ構造は、第1の半導体層上に単一部品として形成される。 A monolithic LED array structure refers to providing an LED array structure formed as a single piece. That is, a monolithic LED array structure is formed as a single piece on the first semiconductor layer.

モノリシックLEDアレイ構造の層は、LED前駆体を形成する方法について上述したのと実質的に同じプロセスを使用して提供することができる。モノリシックLEDアレイ構造/モノリシックLED構造を形成するための実質的に同じプロセスを、製造されているLEDの数または形状にかかわらず使用することができることが理解されよう。したがって、本開示の過成長方法は、製造プロセスの相当部分がLEDアレイの幾何学的形状とは無関係であるLEDアレイ前駆体の形成方法を提供する。 The layers of the monolithic LED array structure can be provided using substantially the same processes as described above for forming LED precursors. It will be appreciated that substantially the same process for forming the monolithic LED array structure/monolithic LED structure can be used regardless of the number or shape of LEDs being manufactured. Accordingly, the overgrowth method of the present disclosure provides a method of forming an LED array precursor in which a substantial portion of the manufacturing process is independent of the geometry of the LED array.

図8cおよび図8dは、過成長モノリシックLEDアレイ構造を有する複数のメサ構造のSEM画像を示す。モノリシックLEDアレイ構造は、図8aに示すものと同様の複数のメサ構造24上に形成されている。図8a~図8dでは、メサ構造24は正方形充填アレイパターンで形成されている。図9は、過成長モノリシックLEDアレイ構造を有するメサ構造のさらなるアレイのSEM画像を示す。図9において、メサ構造24は、図示されているアレイ構造を提供するために、六方最密充填アレイパターンで構成されている。 Figures 8c and 8d show SEM images of multiple mesa structures with an overgrown monolithic LED array structure. A monolithic LED array structure is formed on a plurality of mesa structures 24 similar to that shown in Figure 8a. In Figures 8a-8d, mesa structures 24 are formed in a square-filled array pattern. FIG. 9 shows an SEM image of a further array of mesa structures with an overgrown monolithic LED array structure. In FIG. 9, mesa structures 24 are arranged in a hexagonal close-packed array pattern to provide the array structure shown.

いくつかの実施形態では、第2の半導体層30は、第1の半導体層20と同じ材料を備えてもよい。例えば、第1の半導体層20および第2の半導体層30は、Siでn型ドープされたGaNを備えてもよい。したがって、第2の半導体層30は、第1の半導体層の成長表面22上に、実質的に同じ格子定数でモノリシックに形成されてもよい。結果として形成される構造は、第1の半導体層20と第2の半導体層30との界面に実質的に連続した結晶構造を有してもよい。図10および図11は、本開示の方法に従って形成された第1の半導体層20および第2の半導体層30のSEM画像を示す。図10および図11のSEM画像では、第1の半導体層20のメサ構造24と第2の半導体層30との界面は検出されない。 In some embodiments, second semiconductor layer 30 may comprise the same material as first semiconductor layer 20 . For example, the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 may comprise GaN n-doped with Si. Thus, the second semiconductor layer 30 may be monolithically formed over the growth surface 22 of the first semiconductor layer with substantially the same lattice constant. The resulting structure may have a substantially continuous crystalline structure at the interface between the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 . 10 and 11 show SEM images of first semiconductor layer 20 and second semiconductor layer 30 formed according to the method of the present disclosure. In the SEM images of FIGS. 10 and 11, the interface between the mesa structure 24 of the first semiconductor layer 20 and the second semiconductor layer 30 is not detected.

メサ表面25を覆うp型半導体層の各第1の部分64と、バルク半導体表面26を覆うp型半導体層のバルク部分66との間にポテンシャル障壁が設けられる。ポテンシャル障壁は、それぞれのメサ表面25を覆うp型半導体層の各第1の部分64を取り囲む。 A potential barrier is provided between each first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying mesa surface 25 and a bulk portion 66 of the p-type semiconductor layer overlying bulk semiconductor surface 26 . A potential barrier surrounds each first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying each mesa surface 25 .

各LEDの各メサ表面25の上の活性層40内の電荷担体閉じ込めを改善するために、各LED内で、メサ表面25を覆うモノリシックLED構造の第1の部分とバルク半導体表面26を覆うモノリシックLED構造の第2の部分との間にポテンシャル障壁が形成され、ポテンシャル障壁は、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分を取り囲む。すなわち、本開示による方法は、規則的な台形形状の実質的に平坦な表面の上部接触表面とバルク半導体表面26の上に形成された層との間にポテンシャル障壁を提供する。 In order to improve charge carrier confinement within the active layer 40 over each mesa surface 25 of each LED, within each LED a first portion of the monolithic LED structure overlying the mesa surface 25 and a monolithic overlying bulk semiconductor surface 26 are formed. A potential barrier is formed between the second portion of the LED structure and surrounds the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 . That is, the method according to the present disclosure provides a potential barrier between the top contact surface of the regular trapezoidal shape and substantially planar surface and the layer formed over the bulk semiconductor surface 26 .

LEDアレイの各モノリシックLED構造のポテンシャル障壁は、いくつかの方法で形成することができる。例えば、各モノリシックLED構造のポテンシャル障壁は、実質的に図5を参照して上述したように、または実質的に図7を参照して上述したように形成することができる。 The potential barriers of each monolithic LED structure of the LED array can be formed in several ways. For example, the potential barriers of each monolithic LED structure can be formed substantially as described above with reference to FIG. 5 or substantially as described above with reference to FIG.

図5の実施形態について、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の各第1の部分64を取り囲むp型半導体層の第3の部分61を選択的に除去することによって形成することができる。図5に示すように、p型半導体層60が、層の厚さを通じて選択的に除去されて、下の層(図5の実施形態における電子ブロック層50)が露出される。 For the embodiment of FIG. 5, the potential barriers may be formed by selectively removing the third portions 61 of the p-type semiconductor layer surrounding each first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface. can. As shown in FIG. 5, p-type semiconductor layer 60 is selectively removed through the thickness of the layer to expose the underlying layer (electron blocking layer 50 in the embodiment of FIG. 5).

図7の実施形態について、ポテンシャル障壁は、Alを含むIII族窒化物を備えるp型半導体層60を提供することによって形成されてもよい。p型半導体層60は、p型半導体層の側壁部分63とp型半導体層の第1の部分64との間にポテンシャル障壁が提供されるように、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分64よりも高濃度のAlがp型半導体層の側壁部分63に組み込まれるように提供される。p型半導体層の側壁部分63との第1の部分64とのAl組成の差は、バンドギャップの変化が室温においてkT eVより大きく(すなわち、約0.26eVより大きく)なるようなものとすることができる。 For the embodiment of FIG. 7, the potential barrier may be formed by providing a p-type semiconductor layer 60 comprising an Al-containing III-nitride. The p-type semiconductor layer 60 is the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface 25 such that a potential barrier is provided between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 of the p-type semiconductor layer. A higher concentration of Al than the one portion 64 is provided to be incorporated into the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer. The difference in Al composition between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 is such that the bandgap change is greater than kT eV (i.e., greater than about 0.26 eV) at room temperature. be able to.

したがって、LEDアレイ前駆体が提供される。
LEDアレイ前駆体は、第1の半導体層20と、第2の半導体層30と、活性層40と、p型半導体層60とを備える。
Accordingly, an LED array precursor is provided.
The LED array precursor comprises a first semiconductor layer 20 , a second semiconductor layer 30 , an active layer 40 and a p-type semiconductor layer 60 .

第1の半導体層20はIII族窒化物を備える。図3に示すように、第1の半導体層20は、基板10上に設けることができる。基板10は、サファイア、シリコンまたはSiCを備えることができる。基板10は、III族窒化物層の形成に適した基板表面を提供するように構成された1つ以上のバッファ層を備えることができる。無論、いくつかの実施形態では、LEDアレイ前駆体は、上述の方法に従って製造することができ、その後、基板10を除去することができる。いくつかの実施形態では、LEDアレイ前駆体は、バックプレーン電子基板に接合されてもよい。バックプレーン電子基板は、LEDアレイ前駆体のLEDを制御し接触させるように構成された電気回路および接点を備えることができる。いくつかの実施形態では、バックプレーン電子基板は、p型半導体層60に接合されてもよい。したがって、第1の半導体層は、実質的に上で概説した方法に従って提供することができる。 The first semiconductor layer 20 comprises group III-nitrides. As shown in FIG. 3, a first semiconductor layer 20 may be provided on the substrate 10 . Substrate 10 may comprise sapphire, silicon or SiC. Substrate 10 may comprise one or more buffer layers configured to provide a substrate surface suitable for formation of III-nitride layers. Of course, in some embodiments, the LED array precursor can be fabricated according to the methods described above, after which the substrate 10 can be removed. In some embodiments, the LED array precursor may be bonded to a backplane electronic substrate. The backplane electronics board can include electrical circuitry and contacts configured to control and contact the LEDs of the LED array precursor. In some embodiments, the backplane electronic substrate may be bonded to the p-type semiconductor layer 60 . Accordingly, the first semiconductor layer may be provided substantially according to the methods outlined above.

図5および図7に示す実施形態と同様に、第1の半導体層20は、バルク半導体表面26およびメサ表面25を含む成長表面22を画定するように第1の半導体層の主面から延在する複数のメサ構造24を含む。上述のように、複数のメサ構造24を備える第1の半導体層の一例を図8aに示す。 5 and 7, the first semiconductor layer 20 extends from a major surface of the first semiconductor layer to define a growth surface 22 including a bulk semiconductor surface 26 and a mesa surface 25. It includes a plurality of mesa structures 24 for As mentioned above, an example of a first semiconductor layer comprising a plurality of mesa structures 24 is shown in FIG. 8a.

図5および図7に示す実施形態と同様に、モノリシックLEDアレイ構造は、モノリシックLEDアレイ構造がメサ表面25およびバルク半導体表面26を覆うように、第1の半導体層20の成長表面22上に設けられる。上述したように、モノリシックLEDアレイ構造の一例が図8cおよび図8dに示されている。 Similar to the embodiments shown in FIGS. 5 and 7, a monolithic LED array structure is provided on growth surface 22 of first semiconductor layer 20 such that the monolithic LED array structure overlies mesa surface 25 and bulk semiconductor surface 26 . be done. As mentioned above, an example of a monolithic LED array structure is shown in Figures 8c and 8d.

上述のように、モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備える。各層は、III族窒化物から形成される。モノリシックLEDアレイ構造は、第2の半導体層30と、活性層40と、p型半導体層60とを備える。いくつかの実施形態では、モノリシックLEDアレイ構造はまた、電子ブロック層50も備えることができる。モノリシックLEDアレイ構造の層の各々は、連続層として形成されてもよい。したがって、モノリシックLEDアレイ構造の層の各々は、上述したモノリシックLED構造と同様の方法で提供することができる。そのようなモノリシックLED構造の例は、少なくとも図5および図7に見ることもできる。 As mentioned above, a monolithic LED array structure comprises multiple layers. Each layer is formed from a Group III nitride. A monolithic LED array structure comprises a second semiconductor layer 30 , an active layer 40 and a p-type semiconductor layer 60 . In some embodiments, the monolithic LED array structure can also include an electron blocking layer 50. FIG. Each of the layers of the monolithic LED array structure may be formed as a continuous layer. Each of the layers of the monolithic LED array structure can thus be provided in a manner similar to the monolithic LED structure described above. Examples of such monolithic LED structures can also be seen in at least FIGS.

LEDアレイ前駆体の各メサ表面25の上の活性層内の電荷担体閉じ込めを改善するために、アレイの各LED前駆体は、それぞれのメサ表面25を覆う各モノリシックLED構造の第1の部分とバルク半導体表面26を覆う各モノリシックLED構造の第2の部分との間にポテンシャル障壁を備え、ポテンシャル障壁は、それぞれのメサ表面25を覆う各p型半導体層の第1の部分を取り囲む。すなわち、本開示による方法は、規則的な台形形状の各実質的に平坦な表面とバルク半導体表面26の上に形成された層との間にポテンシャル障壁を提供する。 In order to improve charge carrier confinement within the active layer above each mesa surface 25 of the LED array precursor, each LED precursor of the array includes a first portion of each monolithic LED structure overlying the respective mesa surface 25 . A potential barrier is provided between the second portion of each monolithic LED structure overlying the bulk semiconductor surface 26 and surrounds the first portion of each p-type semiconductor layer overlying the respective mesa surface 25 . That is, the method according to the present disclosure provides a potential barrier between each substantially planar surface of the regular trapezoidal shape and the layer formed over bulk semiconductor surface 26 .

図5および図7を参照すると、各モノリシックLEDアレイ構造は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分64と、バルク半導体表面を覆うp型半導体層の第2の部分66との間にポテンシャル障壁が設けられるように形成され、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分65を囲む。 5 and 7, each monolithic LED array structure is between a first portion 64 of p-type semiconductor layer covering the mesa surface and a second portion 66 of p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface. is formed such that a potential barrier is provided at the top, the potential barrier surrounding the first portion 65 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface.

図5および上記の説明を参照すると、ポテンシャル障壁は、メサ表面を覆うp型半導体層の第1の部分64を取り囲むp型半導体層の第3の部分61を選択的に除去することによって形成することができる。図5に示すように、p型半導体層60を、層の厚さを通じて選択的に除去して、下の層(図5の実施形態における電子ブロック層50)が露出させることができる。 Referring to FIG. 5 and the discussion above, the potential barrier is formed by selectively removing the third portion 61 of the p-type semiconductor layer surrounding the first portion 64 of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface. be able to. As shown in FIG. 5, the p-type semiconductor layer 60 can be selectively removed through the thickness of the layer to expose the underlying layer (electron blocking layer 50 in the embodiment of FIG. 5).

図7を参照すると、ポテンシャル障壁は、Alを含むIII族窒化物を備えるp型半導体層60を提供することによって形成されてもよい。p型半導体層60は、LEDアレイ前駆体内の各LED前駆体について、p型半導体層の側壁部分63とp型半導体層の第1の部分65との間にポテンシャル障壁が提供されるように、メサ表面25を覆うp型半導体層の第1の部分64よりも高濃度のAlがp型半導体層60の側壁部分63に組み込まれるように提供される。p型半導体層の側壁部分63との第1の部分64とのAl組成の差は、バンドギャップの変化が室温においてkT eVより大きく(すなわち、約0.26 eVより大きく)なるようなものとすることができる。 Referring to FIG. 7, the potential barrier may be formed by providing a p-type semiconductor layer 60 comprising an Al-containing III-nitride. The p-type semiconductor layer 60 is configured such that, for each LED precursor in the LED array precursor, a potential barrier is provided between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 65 of the p-type semiconductor layer. A higher concentration of Al is provided to be incorporated into the sidewall portions 63 of the p-type semiconductor layer 60 than in the first portion 64 of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface 25 . The difference in Al composition between the sidewall portion 63 of the p-type semiconductor layer and the first portion 64 is such that the bandgap change is greater than kT eV (ie, greater than about 0.26 eV) at room temperature. can do.

例えば、p型半導体層の側壁部分63は、p型AlGa1-xNを備えてもよく、2≦x≦50%であり、p型半導体層のメサ表面部分65は、p型AlGa1-yNを備えてもよく、1≦y≦15%である。 For example, p-type semiconductor layer sidewall portions 63 may comprise p-type Al x Ga 1-x N, where 2≦x≦50%, and p-type semiconductor layer mesa surface portions 65 may comprise p-type Al y Ga 1-y N, where 1≦y≦15%.

上述したように、第2の半導体層30の傾斜した側壁は、成長表面が傾斜した側壁であるか、または基板に実質的に平行であるかに応じて、III族窒化物の堆積速度の変動をもたらす。p型半導体層60の成長について、成長速度の差は、p型半導体層60へのAlの取り込みにも影響する。したがって、傾斜した側壁部分63は、同じ堆積プロセスを使用してp型半導体層の第1の部分65よりも高いAl含有量を有して形成することができる。したがって、モノリシックLED構造のメサ表面部分に電流を閉じ込めるための所望のポテンシャル障壁は、さらなるパターニング工程なしで形成することができる。 As noted above, the sloping sidewalls of the second semiconductor layer 30 result in variations in the III-nitride deposition rate depending on whether the growth surface is a sloping sidewall or substantially parallel to the substrate. bring. Regarding the growth of the p-type semiconductor layer 60 , the difference in growth rate also affects the incorporation of Al into the p-type semiconductor layer 60 . Therefore, the sloped sidewall portion 63 can be formed with a higher Al content than the first portion 65 of the p-type semiconductor layer using the same deposition process. Therefore, the desired potential barriers for current confinement in the mesa surface portion of the monolithic LED structure can be formed without additional patterning steps.

したがって、本開示の一実施形態によるLED前駆体を提供することができる。 Accordingly, an LED precursor according to one embodiment of the present disclosure can be provided.

Claims (18)

発光ダイオード(LED)前駆体を形成する方法であって、
(a)基板上にIII族窒化物を備える第1の半導体層を形成するステップであって、前記第1の半導体層は、前記基板に対して前記第1の半導体層の反対側に成長表面を有する、第1の半導体層を形成するステップと、
(b)前記第1の半導体層の前記成長表面がメサ表面およびバルク半導体表面を備えるように、前記第1の半導体層の一部分を選択的に除去してメサ構造を形成するステップと、
(c)前記メサ表面および前記バルク半導体表面を覆うように、前記第1の半導体層の前記成長表面上にモノリシックLED構造を形成するステップであって、前記モノリシックLED構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備え、前記複数の層は、
第2の半導体層、
前記第2の半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
前記活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLED構造を形成するステップと
を備え、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の第1の部分と、前記バルク半導体表面を覆う前記p型半導体層の第2の部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、前記ポテンシャル障壁は、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分を囲
前記第2の半導体層は、非ドープIII族窒化物を備える、方法。
A method of forming a light emitting diode (LED) precursor comprising:
(a) forming a first semiconductor layer comprising a III-nitride on a substrate, said first semiconductor layer having a growth surface opposite said first semiconductor layer with respect to said substrate; forming a first semiconductor layer having
(b) selectively removing portions of the first semiconductor layer to form a mesa structure such that the growth surface of the first semiconductor layer comprises a mesa surface and a bulk semiconductor surface;
(c) forming a monolithic LED structure on the growth surface of the first semiconductor layer overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED structure comprising a plurality of layers; each layer comprising a III-nitride, the plurality of layers comprising:
a second semiconductor layer;
A monolithic LED structure comprising: an active layer overlying the second semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer overlying the active layer. wherein a potential barrier is provided between a first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface and a second portion of the p-type semiconductor layer overlying the bulk semiconductor surface. wherein the potential barrier surrounds the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface;
The method , wherein the second semiconductor layer comprises an undoped III-nitride .
前記第2の半導体層は、前記成長表面上に形成されて、前記第1の半導体層の前記メサ表面上の前記第2の半導体層の第1の部分と、前記第1の半導体層の前記バルク半導体表面上の前記第2の半導体層の第2の部分との間に延在する傾斜した側壁部分を提供する、請求項1に記載の方法。 The second semiconductor layer is formed on the growth surface to include a first portion of the second semiconductor layer on the mesa surface of the first semiconductor layer and the first portion of the first semiconductor layer on the mesa surface. 2. The method of claim 1, further comprising providing sloped sidewall portions extending between a second portion of said second semiconductor layer over a bulk semiconductor surface. 前記p型半導体層はAlを備え、前記p型半導体層の傾斜した側壁部分内で、前記p型半導体層の前記第1の部分と前記p型半導体層の前記第2の部分との間に前記ポテンシャル障壁が形成されるように、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分よりも高濃度のAlが前記p型半導体層の前記傾斜した側壁部分に組み込まれるように形成される、請求項に記載の方法。 said p-type semiconductor layer comprising Al, and within sloped sidewall portions of said p-type semiconductor layer and between said first portion of said p-type semiconductor layer and said second portion of said p-type semiconductor layer; Al having a higher concentration than the first portion of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface is incorporated into the sloped sidewall portion of the p-type semiconductor layer so as to form the potential barrier. 3. The method of claim 2 , wherein: 前記p型半導体層の前記傾斜した側壁部分は、p型AlGa1-xNを備え、2≦x≦50%であり、前記p型半導体層の前記第1の部分は、p型AlGa1-yNを備え、1≦y≦15%である、請求項に記載の方法。 The sloped sidewall portion of the p-type semiconductor layer comprises p-type Al x Ga 1-x N with 2≦x≦50%, and the first portion of the p-type semiconductor layer comprises p-type Al. 4. The method of claim 3 , comprising y Ga 1-y N, with 1≦y≦15%. 前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分を取り囲む前記p型半導体層の一部分が選択的に除去されて下の前記活性層が露出される、請求項1または2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein a portion of said p-type semiconductor layer surrounding said first portion of said p-type semiconductor layer covering said mesa surface is selectively removed to expose said active layer underneath. Method. 前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分を取り囲む前記p型半導体層の一部分が、異方性エッチャントを使用して選択的に除去される、請求項に記載の方法。 6. The method of claim 5 , wherein a portion of said p-type semiconductor layer surrounding said first portion of said p-type semiconductor layer overlying said mesa surface is selectively removed using an anisotropic etchant. 前記第1の半導体層の部分を選択的に除去して前記メサ構造を形成するステップは、
前記第1の表面上にメサ画定マスク層を選択的に形成するステップと、
第1の半導体層のマスクされていない部分を選択的に除去して、前記第1の半導体層の前記バルク半導体表面を露出させるステップと、
前記メサ画定マスク層を除去するステップと
を備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
selectively removing portions of the first semiconductor layer to form the mesa structure,
selectively forming a mesa-defining mask layer on the first surface;
selectively removing unmasked portions of a first semiconductor layer to expose the bulk semiconductor surface of the first semiconductor layer;
and removing the mesa - defining mask layer.
前記第1の半導体層はGaNを備え、前記第1の半導体層はn型半導体である、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。 8. The method of any one of claims 1-7, wherein the first semiconductor layer comprises GaN and the first semiconductor layer is an n-type semiconductor. 前記メサ表面と前記バルク半導体表面との間の前記メサ構造の高さが、少なくとも200nmである、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 9. The method of any one of claims 1-8, wherein the height of the mesa structure between the mesa surface and the bulk semiconductor surface is at least 200 nm. LEDアレイ前駆体を形成する方法であって、
(a)基板上にIII族窒化物を備える第1の半導体層を形成するステップであって、前記第1の半導体層は、前記基板に対して前記第1の半導体層の反対側に成長表面を有する、第1の半導体層を形成するステップと、
(b)前記第1の半導体層の前記成長表面が複数のメサ表面およびバルク半導体表面を備えるように、前記第1の半導体層の一部分を選択的に除去して複数のメサ構造を形成するステップと、
(c)前記メサ表面および前記バルク半導体表面を覆うように、前記第1の半導体層の前記成長表面上にモノリシックLEDアレイ構造を形成するステップであって、前記モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備え、前記複数の層は、
第2の半導体層、
前記第2の半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
前記活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLEDアレイ構造を形成するステップと
を備え、各メサ表面を覆う前記p型半導体層の各メサ部分と、前記バルク半導体表面を覆う前記p型半導体層のバルク部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、前記ポテンシャル障壁は、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の各メサ部分を囲み、
前記第2の半導体層は、非ドープIII族窒化物を備える、方法。
A method of forming an LED array precursor, comprising:
(a) forming a first semiconductor layer comprising a III-nitride on a substrate, said first semiconductor layer having a growth surface opposite said first semiconductor layer with respect to said substrate; forming a first semiconductor layer having
(b) selectively removing portions of the first semiconductor layer to form a plurality of mesa structures such that the growth surface of the first semiconductor layer comprises a plurality of mesa surfaces and bulk semiconductor surfaces; and,
(c) forming a monolithic LED array structure on the growth surface of the first semiconductor layer overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED array structure comprising a plurality of layers; each layer comprising a Group III nitride, the plurality of layers comprising:
a second semiconductor layer;
A monolithic LED array comprising: an active layer on the second semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer on the active layer. forming a structure, wherein a potential barrier is provided between each mesa portion of the p-type semiconductor layer overlying each mesa surface and a bulk portion of the p-type semiconductor layer overlying the bulk semiconductor surface. , the potential barrier surrounds each mesa portion of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface;
The method , wherein the second semiconductor layer comprises an undoped III-nitride .
発光ダイオード(LED)前駆体であって、
III族窒化物を備える第1の半導体層であって、前記第1の半導体層は、バルク半導体表面およびメサ表面を含む成長表面を画定するように、前記第1の半導体層の主面から延在するメサ構造を含む、第1の半導体層と、
前記メサ表面および前記バルク半導体表面を覆うように、前記第1の半導体層の前記成長表面上に設けられたモノリシックLED構造であって、前記モノリシックLED構造は複数の層を備え、形成される各層はIII族窒化物を備え、前記複数の層は、
第2の半導体層、
前記第2の半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
前記活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLED構造と
を備え、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の第1の部分と、前記バルク半導体表面を覆う前記p型半導体層の第2の部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、前記ポテンシャル障壁は、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分を囲
前記第2の半導体層は、非ドープIII族窒化物を備える、発光ダイオード(LED)前駆体。
A light emitting diode (LED) precursor comprising:
A first semiconductor layer comprising a III-nitride, said first semiconductor layer extending from a major surface of said first semiconductor layer to define a growth surface including a bulk semiconductor surface and a mesa surface. a first semiconductor layer comprising an overlying mesa structure;
A monolithic LED structure provided on the growth surface of the first semiconductor layer overlying the mesa surface and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED structure comprising a plurality of layers, each layer formed of comprises a III-nitride, the plurality of layers comprising:
a second semiconductor layer;
A monolithic LED structure comprising: an active layer overlying the second semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer overlying the active layer. and a potential barrier is provided between a first portion of the p-type semiconductor layer covering the mesa surface and a second portion of the p-type semiconductor layer covering the bulk semiconductor surface; a potential barrier surrounds the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface;
A light emitting diode (LED) precursor , wherein the second semiconductor layer comprises an undoped III-nitride .
前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層の前記メサ表面上の前記第2の半導体層の第1の部分と、前記第1の半導体層の前記バルク半導体表面上の前記第2の半導体層の第2の部分との間に延在する傾斜した側壁部分を備える、請求項1に記載のLED前駆体。 The second semiconductor layer comprises a first portion of the second semiconductor layer on the mesa surface of the first semiconductor layer and a second portion on the bulk semiconductor surface of the first semiconductor layer. 12. The LED precursor of claim 11 , comprising sloped sidewall portions extending between the second portion of the semiconductor layer. 前記p型半導体層はAlを備え、
前記p型半導体層の傾斜した側壁部分は、前記p型半導体層の前記第1の部分と前記p型半導体層の前記第2の部分との間における前記p型半導体層の前記傾斜した側壁部分内にポテンシャル障壁が形成されるように、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分よりも高濃度のAlを備える、請求項1に記載のLED前駆体。
the p-type semiconductor layer comprises Al;
The sloped sidewall portion of the p-type semiconductor layer is the sloped sidewall portion of the p-type semiconductor layer between the first portion of the p-type semiconductor layer and the second portion of the p-type semiconductor layer. 13. The LED precursor of claim 12 , comprising a higher concentration of Al than the first portion of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface such that a potential barrier is formed therein.
前記メサ構造を覆う前記p型半導体層の前記第1の部分を取り囲む前記p型半導体層の一部分が選択的に除去されて下の前記活性層が露出される、請求項1~1のいずれか1項に記載のLED前駆体。 A portion of the p-type semiconductor layer surrounding the first portion of the p-type semiconductor layer covering the mesa structure is selectively removed to expose the active layer underneath . An LED precursor according to any one of the preceding claims. 前記メサ表面と前記バルク半導体表面との間の前記メサ構造の高さが、少なくとも200nmである、請求項1~1のいずれか1項に記載のLED前駆体。 The LED precursor according to any one of claims 11-14 , wherein the height of the mesa structure between the mesa surface and the bulk semiconductor surface is at least 200 nm. メサ表面の表面積が、100μm×100μm以下である、請求項1~1のいずれか1項に記載のLED前駆体。 The LED precursor according to any one of claims 11 to 15 , wherein the mesa surface has a surface area of 100 µm x 100 µm or less. 前記メサ表面と前記バルク半導体層表面との間の前記メサ構造の高さは、少なくとも、前記メサ構造の前記メサ表面の断面幅に等しい、請求項1~1のいずれか1項に記載のLED前駆体。 17. The mesa structure according to any one of claims 11 to 16 , wherein the height of the mesa structure between the mesa surface and the bulk semiconductor layer surface is at least equal to the cross-sectional width of the mesa surface of the mesa structure. of LED precursors. 発光ダイオードアレイ前駆体であって、
III族窒化物を備える第1の半導体層であって、前記第1の半導体層は、複数のメサ構造を備え、各メサ構造は、バルク半導体表面および複数のメサ表面を含む成長表面を画定するように、前記第1の半導体層の主面から延在する、第1の半導体層と、
前記メサ表面の各々および前記バルク半導体表面を覆うように、前記第1の半導体層の前記成長表面上に設けられたモノリシックLEDアレイ構造であって、前記モノリシックLEDアレイ構造は複数の層を備え、各層はIII族窒化物を備え、前記複数の層は、
第2の半導体層、
前記第2の半導体層上に設けられた活性層であって、光を生成するように構成されている、活性層、および
前記活性層上に設けられたp型半導体層
を含む、モノリシックLEDアレイ構造と
を備え、前記メサ表面の各々を覆う前記p型半導体層の各メサ部分と、前記バルク半導体表面を覆う前記p型半導体層のバルク部分との間にポテンシャル障壁が設けられており、前記ポテンシャル障壁は、前記メサ表面を覆う前記p型半導体層の前記メサ部分の各々を囲み、
前記第2の半導体層は、非ドープIII族窒化物を備える、発光ダイオードアレイ前駆体。
A light emitting diode array precursor comprising:
A first semiconductor layer comprising a III-nitride, said first semiconductor layer comprising a plurality of mesa structures, each mesa structure defining a growth surface including a bulk semiconductor surface and a plurality of mesa surfaces. a first semiconductor layer extending from a main surface of the first semiconductor layer, and
a monolithic LED array structure provided on the growth surface of the first semiconductor layer overlying each of the mesa surfaces and the bulk semiconductor surface, the monolithic LED array structure comprising a plurality of layers; each layer comprising a III-nitride, the plurality of layers comprising:
a second semiconductor layer;
A monolithic LED array comprising: an active layer on the second semiconductor layer, the active layer being configured to generate light; and a p-type semiconductor layer on the active layer. wherein a potential barrier is provided between each mesa portion of the p-type semiconductor layer overlying each of the mesa surfaces and a bulk portion of the p-type semiconductor layer overlying the bulk semiconductor surface; a potential barrier surrounds each of the mesa portions of the p-type semiconductor layer overlying the mesa surface;
A light emitting diode array precursor , wherein the second semiconductor layer comprises an undoped III-nitride .
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